报告 | 光热及储热技术在综合能源领域的应用
发布者:lzx | 0评论 | 2650查看 | 2020-08-19 19:38:04    

CSPPLAZA光热发电网报道:近日,在由CSPPLAZA主办、中控太阳能、龙腾光热和首航高科等鼎力支持的2020中国国际光热大会暨CSPPLAZA第七届年会上,思安新能源股份有限公司研发总工程师段洋发表了题为《光热及储热技术在综合能源领域的应用》的主旨演讲,详细介绍了熔盐、固体、相变等多种储热技术与相关产品,并分享了相关应用案例与具体效果。


下文整理了段洋分享的精彩内容与观点,以飨读者:


能源是人类赖以生存和发展的基础,也是国民经济的命脉。我们国家经过几十年的发展,已告别能源短缺时代,形成相对完整的能源体系。同时,能源利用形式单一、效率较低、能源利用与环境保护不协调等问题也依然存在。下一步,我国能源体系将进入从总量扩张向提质增效转变的全新阶段。


打破原有各能源供用(如供电、供气、供冷/热)系统单独规划、单独设计、单独运行的传统模式,在规划、设计、建设和运行阶段,对不同供用能系统进行整体上的协调、配合和优化,并最终构建一体化的综合能源系统,是促进社会用能效率最优、可再生能源规模化利用和能源利用提质增效的有效途径。


综合能源应运而生


从概念上来讲,综合能源服务以客户需求为导向,以安全可靠为前提,以“因地制宜、智慧物联、多能协同、全价开发”为原则,利用“能源转化、能源存储、物联网、边缘计算、大数据、人工智能”等多种行业先进技术及产品,通过搭建智慧能源管理平台,并依托成熟、完善、先进的托管运营标准化服务体系,可整合优化既有人、能、物资源,为用户电、气、热、冷、水等能源系统提供线上线下一体化的智慧能源托管运营服务。


随着国家能源环保要求的提高,以及绿色发展要求的提出,目前在能源系统里,对包括光热在内的可再生能源以及储能的需求也会越来越多。


太阳能具有绿色环保,资源丰富的特点,在综合能源系统中采用光热技术一方面既可以满足环保的要求,同时也能大大降低能源系统运行成本。但由于太阳能具有间歇性和不稳定性的特点,往往需要与储热系统进行结合供能。


与太阳能热发电集热器选型标准不同,中小型综合能源项目一般聚光的要求不高,例如工商业,其用能需求多为供热或蒸汽。供热温度区间多为50-80℃,蒸汽的温度区间多为100℃-200℃。在此区间,低聚光比的集热器即可满足要求。例如,槽式集热器,或者菲涅尔集热器,CPC和平板集热器等,且系统控制和运行要求尽量简单,易于维护。


光热储热技术及产品


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近年来,储热市场发展较快。储热技术大体可分为显热储热、潜热储热和化学反应储热三大类。


显热储热又包括熔盐储热,该技术在太阳能热发电领域已有较多应用。得益于北方煤改电市场的发展,固体储热在近两年得到大规模应用。除此之外,还有一些油类、液类的显热储热方案。


相变储热主要分为:


1.固-液相变储热,其中结晶水合盐成本低廉,单位储热密度大,尤其是在煤改电市场应用较多。除此之外,还有共晶体、石蜡、金属材料都可以用来做储热材料。


2.固-固相变储热,该技术目前商业化应用较少。


3.固-气相变储热


4.液-气相变储热


5.液-气相变储热,该技术难度较大,主要在高校、或科研院校研究较多,上海交通大学等高校及部分企业都在该领域有所研究。


水储热是最传统的储热技术之一,既可用于储热,又可用于储冷。水比热容大,常温下高达4.182kJ/(kg▪K),是一种优良的储热介质。常见的水储热技术有非承压水储热和承压水储热两种。非承压水蓄热温度一般在30-85℃,储冷温度一般在0℃-30℃;承压水蓄热的温度一般在30℃~200℃。水储热设备简单,使用寿命较长,投资较低。水作为储热介质,廉价易得。因此,在场地充足的条件下,水储热成为了不二之选。


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熔盐储热是一种利用显热或潜热进行热量存储的技术。在太阳能热发电领域应用广泛,熔盐既可以作为储热介质,也可以作为传热介质,实现大功率、高效的储放热。常见的有双罐储热和单罐储热两种。工业系统或者民用供暖供热领域对热品质要求不高,因此该领域,单罐储热的利用率更高。


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固体储热是一种显热储热技术,利用材料在升温或降温过程中的温差而实现热能存储。在整个工作温度范围内,储热材料始终保持固定形态。目前商业化应用主要有镁砖蓄热和混凝土蓄热。镁砖是一种耐火材料,储热密度较高。


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固体混凝土储热是采用特种混凝土作为储热介质的一种显热储热技术,也是我们目前在重点推广的一种技术,作为一种浇注材料,混凝土储热材料可以制作成各种特定的形状,其原料来源广泛,可以就地取材,成本较低。


固体混凝土储热有几个特点:


蓄热温度高使用温度可达400℃以上,甚至可以达到800℃;


体积热容大单位体积储热密度为水的6-20倍;


导热性能好为普通混凝土的两倍以上;


生产便捷可现场成型;


使用寿命长超50年生命周期,无衰减和劣化;


绿色环保大部分选用天然矿物原料,无毒无腐蚀;


固体混凝土储热可根据用户用能需求,将不同类型的能源转化为热能进行存储,或将热能直接进行存储,在需要时放出,产生蒸汽或热水供用户使用。相比镁砖蓄热,在综合能源领域适用范围更广。


产品特点:


模块化设计,可根据用户储热量需求,在现场将储热体进行组合搭配,成本也比较低;


高效能,储热效率高达96%;


被动式运行简单,启动快,无泄露风险;


适用性强,可运用到多种不同的能源系统:光热,电供热以及工业余热回收等;


相变储热在煤改电领域,主要在中低温领域应用比较多,相变储热是利用材料在发生相变的过程中吸收或释放热能而进行能量存储的过程。相变储热温度稳定。相变储热材料种类较多,相变点温度分布范围广:-50℃—1000℃。根据选用材料类型的不同,即可用于储热,又可用于储冷。下表是目前应用的几种典型相变储热类型。


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相变储热(热仓或者热库)采用夜间谷电将常压电锅炉产生的热量储存在热仓中,在峰电或平电时段,利用热仓的热量为用户采暖,或提供热水,可节省运行费用。


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产品特点:


四“高”一“低”:储热密度高、换热效率高、空间利用率高、循环稳定性高、用能价格低。


下图为对不同供暖方式做的经济性对比:



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综合能源应用案例


1、工业园区综合能源供热水项目


该工业园区主要从事汽车装备制造,其涂装车间职工浴室每天需用热水500-900t。为降低供热成本,项目通过太阳能+空气源热泵+蒸汽+蓄热的技术路线,充分利用太阳能、空气能,并将其富余时段的热能进行存储;同时利用当地的峰谷电价差异,在夜间电价较低时,采用电加热产生热量,将热能存储在热仓内;当白天电价较高,将热量放出,为用户提供生活热水。从而为用户降低供热成本。通过配合能源管理云平台,可以实时了解项目运行状态。


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2、国内首例“光热+固体储热”绿色农业应用示范项目


项目位于北京昌平国家级食用菌农业标准化示范区内,通过建设在园区内的光热+储热系统,利用清洁能源提供高温蒸汽,为农作物进行灭菌;同时,在冬季为居民进行供暖。为了尽量降低运营成本,该项目使用了太阳能,由于太阳能具有间隙性和不稳定性的特点,我们需要通过储热系统保证热能的持续稳定输出。


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整个项目特别大,下图为现场照片和参数:


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3、陕西某多能互补微电网项目


项目以清洁能源作为能量供应系统,采用太阳能光热、储热、空气能、光伏、电+储电供电等多能源互补的方式,向厂区所属宿舍楼供能,配套新能源大巴车和新能源汽车充电桩系统,搭载智慧能源管理平台,是园区型多能互补微网系统解决方案的典型应用实例。项目建成后将为区域能源综合利用提供基础应用数据,是国内自动化水平领先的多能互补综合应用智慧能源系统。


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4、海口喜来登酒店项目


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针对海口喜来登酒店供冷、蒸汽、电力及生活热水等能源供给现状,结合当地资源条件及客户能源系统智慧化需求,提供了一套完整的智慧能源整体解决方案,系统中配置有储热、冰蓄冷、中央空调及智慧能源管理平台等。由于海口地区对于蓄冷项目有针对的电价政策。目前该项目收益率良好,下图为现场图片。


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关于思安控股集团:


思安控股集团是一家致力于工商业企业(B2B)服务的专业产业集团。集团基于工业物联网平台,以产品销售为基础、应用为支撑、技术研发为内在驱动力,打造了从融合通讯、工业控制产品增值服务到智慧能源综合服务、储热技术研发生产和应用、工业余热余能综合利用以及工业互联网远程管控运维平台研发应用的综合产业集群。


三十年来,思安控股集团始终坚持“凝聚智慧追求卓越”的企业理念,将工业物联网和自主研发的专业技术、产品进行有效结合,为工商业企业提供各种增值服务,是中国领先的智能化解决方案提供商及清洁低碳能源开发、建设、运营商。

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