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采用中低温相变储热技术的清洁供暖系统经济性分析

作者: 来源: 时间:2018-08-14

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核心提示:电能替代已成为国内城市供暖的主要方向,储热技术可以将谷电以热的形式储存起来并实现热能的稳定输出,从根本上解决电采暖成本过
电能替代已成为国内城市供暖的主要方向,储热技术可以将谷电以热的形式储存起来并实现热能的稳定输出,从根本上解决电采暖成本过高的问题。
 
中低温相变储热以其储热密度高、储释热过程温度恒定等优势成为研究热点。中低温相变储热材料的研究主要集中于有机石蜡类及无机水合盐类,目前已有应用案例中主要为水合盐类材料,但其仍存在循环稳定性差、导热性差、腐蚀性等问题。
 
在对相变储热装置的实验室研究中,通过设计并联螺旋盘管、填充筛网、壳管式结构等方式可以有效改善相变材料的传热性能,但在实际工程应用中,相变储热装置内以圆管换热器及带翅片的换热器为主。
 
目前已有案例的中低温相变储热供热系统有两种,一种是电锅炉+相变储热装置,另一种是将电加热、储热装置放置在一个结构中,两者各有优劣。
 
相对其他几种储热技术,中低温相变储热技术具有初始投资中等、运行成本较低、限制条件较少等优点,但也存在诸多问题有待解决。
 

 
研发综合性能优异的高储热密度、长循环寿命、高导热、低腐蚀、低成本的相变储热材料,优化换热器及储热装置的内部结构设计,实现强化换热仍是未来相变储热供暖领域的研究方向,实现智能调节控制、降低系统投资成本是储热供暖系统的发展方向。
 
以采用电锅炉+相变储热装置的供暖方式,对面积10×104m2 住宅小区供暖为例进行经济性分析。假定该小区为节能建筑,平均热负荷取40W/m2,供暖功率4MW,供热时间24h,加热时间10h(谷电时段10h),加热电压10kV,加热功率7MW,系统总储热量45MW·h。
 
供暖系统包括电锅炉本体系统、蓄热系统、锅炉房建设、配电系统、辅助管道系统等,按80 元/m2的成本计算,供暖系统初始投资800 万元;运行成本主要为电费,采暖天数按120 天计,谷电价格按0.2 元/(kW·h)计,采暖季用电成本为108 万元。
 
收益估算,采暖收费按30 元/(m2·供暖季) 计, 每年采暖收费300 万元,年净收益202 万元。装置运行寿命20 年,投资回收期约4 年。
 
另外,谷电电价是影响谷电储热供暖项目经济性的一个重要指标,在北京地区,对于完成“煤改电”改造任务的村庄,住户在晚21 点至次日6 点享受0.3 元/(kW·h)的低谷电价,同时市、区两级财政再各自补贴0.1 元/(kW·h),补贴用电限额为每个取暖季每户1×104kW·h。若按照谷电电价0.1 元/(kW·h) 计算, 则上述100×104m2的住宅整个采暖季用电成本仅54 万元, 投资回收期3.2 年。
 

▲各类供暖技术对比(点击可见大图)
 
相信在可预期的未来几年,储热技术在供暖领域将呈井喷之势,中低温相变储热技术相比其他几种储热技术具有初始投资不高、运行成本较低、限制条件较少等优点,具有广泛的应用前景。
 
注:本文节选自《中低温相变储热技术在供暖领域的研究应用》,原作者为王彩霞,胡之剑。

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