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大容量电热储能
2019-10-16 09:29   审核人:

大容量电热储能

电制热储热提升电网消纳风电能力技术完成了多时间尺度、多约束类型弃风规律分析,提出了时序相关性评价模型指导电制热装置设计与运行。开发了大容量、低成该固态电制热储热装置和多区域双闭环运行控制技术。提出了电制热储热的容量决策方法,制定了可控负荷与多源间的临界切换策略。开发了可控负荷跟随弃风的鲁棒控制和多元远程校验技术,构建了可控负荷与多源协调自动发电控制系统。

通过该项目的理论和技术研究,该项目突破了大规模弃风电量制热储热的关键技术,研发出高性能电制热储热装置,能效达到98%,创新开发了弃风与电制热储热负荷耦合调控平台,实现了利用电网平台将清洁电能用于供暖,填补了大容量清洁能源供暖技术空白。在电网平台技术方面,通过该项目成果已完成突破。在固态电制热储热装置技术方面,基于当前加热材料技术,通过该项目中物理结构优化与并网绝缘技术攻关,使电压等级达到66kV、容量达到320MW。随着加热材料技术不断进步,利用该项目成果技术,电制热储热装置性能将达到更高水平,清洁供暖技术发展将迎来新局面。

该项目针对“规模化风电消纳”与“清洁供暖”两大难题,开展了8年“产学研用”联合攻关,取得了重大创新性成果:构建了弃风评估与电、热协同调控一体化理论体系,创建了“弃风-电制热储热-电网调控”协调技术,研制出世界上首台大容量、低成该固态电制热储热装置,创新了可控负荷与多源协调调控平台技术。该项目提供了新的完整解决方案,有效提升了电网规模化消纳弃风的能力,促进了北方地区大规模清洁供暖,引领电网清洁能源消纳与利用领域的技术进步,项目成果达到国际领先水平,具有完全自主知识产权,授权发明专利52项(欧洲专利1项),发表SCI/EI论文等61篇。成果推广应用至我国北方全部14省(直辖市),共消纳弃风电量约33亿千瓦时,新增清洁供暖面积3000万平米以上,取得了直接/间接经济效益18/44.9亿元,减少碳排放约310万吨,开创了我国北方地区清洁供暖新局面,极大推动中国清洁能源消纳与利用技术走向世界,为提升我国国际影响力做出重要贡献。项目获2018年中国电力科学技术奖一等奖、2017年大连市科技进步一等奖、2019国家科技进步奖二等奖。

1.3.1工作原理

固体电热蓄能装置是一种高效、经济、节能、安全可靠、减少环境污染的新型电加热设备,根据需求分为高压型和低压型。利用它将夜间低谷电的电能转化成热能储存起来,用于白天高峰电时,采暖或供热水使用,从而降低了用电费用。


固体电热蓄能装置原理图


上图为固体电热蓄能装置的简图,它以高热容材质做蓄能组件,外壳用隔热耐火材料绝热保温。在夜间,当电力需求小的时候,蓄能组件通过电阻加热系统被加热到1000℃左右,把电能转换成热能储存起来,到了白天用电高峰期间,则通过送风系统,向储能装置内送入空气,经过温度调节向用户供给热风,或用热风将水加热供给用户。

热量产生:通电之后,机组内的加热元件产热将电能转化为热量。

热量储存:热量产生后通过热交换将热能存储于固体蓄热体中,储能温度可达到800度。

热量控制:蓄热体外层采用高等隔热体,与外环境隔热,以防止热量散失,提高热源利用率。

热量释放:被储存的热量通过内置循环风机有序地向外释放, 其风扇由变频调速电机驱动。

热量输送:在负载需要热量供给时,设备可按照预先设定好的程序,按设定的温度和供热量,由自动变频风机提供的循环高温空气。通过气水换热器对负载循环水进行热交换,由负载水泵将热水提供至末端设备中(比如风机盘管、暖气片或生活热水),达到供热目的。

1.3.2大容量电制热储热设备参数介绍

表1.3.1 大容量电制热储热设备参数

序号

规格型号

加热功率(kW)

蓄热体型号

蓄热量(kWh)

额定电流(A)

长(mm)

宽(mm)

高(mm)

重量(t)

换热器类型

额定换热功率(kW)

变频风机功率(kW)

进出水口管径(mm)

低压系列(GXR-加热功率+蓄热体型号,例如:GXR-800K)

1

GXR-50

50

A

260

72

2450

1370

2110

2.7

低压卧式

50

0.75

DN25

2

GXR-100

100

B

500

144

3150

1370

2830

4.5

80

1.1

DN40

3

GXR-150

150

C

850

216

3150

2125

2830

7.8

150

1.5

DN50

4

GXR-200

200

D

1200

288

3900

2125

2830

9.6

150

1.5

DN50

5

GXR-250

250

E

1600

360

3900

2375

2830

13.0

150

2.2

DN50

6

GXR-320

320

F

2000

461

5480

2210

2910

18

低压立式

250

3

DN65

7

GXR-480

480

H

2400

692

5480

2460

2910

22

250

3

DN65

8

GXR-640

640

I

2900

692

5980

2460

2910

26

400

5.5

DN80

9

GXR-800

800

J

3400

923

6480

2460

2910

31

400

5.5

DN80

10

GXR-960

960

K

3900

1154

5980

2960

2910

34

600

7.5

DN100

11

GXR-1120

1120

K

3900

1154

5980

2960

2910

34

600

7.5

DN100

12

GXR-1280

1280

L

4400

1385

5980

3210

2910

39

600

7.5

DN100

13

GXR-1440

1440

M

4900

1385

6030

3210

3360

43

800

11

DN125

14

GXR-1600

1600

N

5400

1616

6280

3210

3360

47

800

11

DN125

15

GXR-1760

1760

P

5900

1616

6730

3210

3360

51

800

11

DN125

16

GXR-1920

1920

Q

6200

1847

6480

3210

3735

55

1000

15

DN125

17

GXR-2080

2080

R

6800

2078

6730

3210

3735

59

1000

15

DN125

18

GXR-2240

2240

S

7400

2078

6980

3210

3735

63

1000

15

DN125

19

GXR-2400

2400

T

7900

2309

7530

3210

3735

68

1500

22

DN125

20



U

8500

2540

7950

3210

3735

72

1500

22

DN125

21



V

9600

2771

8450

3210

3735

82

1800

30

DN125

22



W

10200

2771

8700

3210

3735

86

1800

30

DN125

23



X

10800

2771

8950

3210

3735

91

1800

30

DN125

高压系列(GXR-加热功率+蓄热体型号,例如:GXR-2000GC)

1

GXR-1000

1000

GA

5400

58

7980

3350

3660

47

高压立式

800

11

DN125

2

GXR-1250

1250

GB

6200

72

8180

3350

4045

55

1000

15

DN125

3

GXR-1500

1500

GC

7900

87

9230

3350

4045

68

1500

22

DN125

4

GXR-1750

1750

GD

8500

100

9650

3350

4045

72

1500

22

DN125

5

GXR-2000

2000

GE

10600

115

8880

4100

4260

92

1800

30

DN125

6

GXR-2500

2500

GF

13300

144

8880

4850

4260

114

1800

30

DN125

7

GXR-3000

3000

GG

15900

184

8880

5600

4260

137

2400

30

DN125

8

GXR-4000

4000

GH

20800

230

9880

5600

4260

178

3000

45

DN125

9

GXR-5000

5000

GI

25700

288

10880

5600

4260

220

4500

75

DN125

10

GXR-6000

6000

GJ

30600

346

11880

5600

4260

261

5400

90

DN125

11

GXR-7000

7000

GK

35500

404

12880

5600

4260

303

5400

90

DN125

12

GXR-8000

8000

GL

40400

461

13880

5600

4260

344

7500

120

DN125

13

GXR-9000

9000

GM

45300

461

14880

5600

4260

386

7500

120

DN125

14

GXR-10000

10000

GN

50200

461

15880

5600

4260

427

7500

120

DN125




表1.3.2 全国主要城市采暖期耗热量指标和采暖设计热负荷指标

城市

供暖期天数

室外计算温度

室外平均温度

节能建筑

现有建筑

耗热量指标(W/㎡)

设计热负荷指标(W/㎡)

耗热量指标(W/㎡)

设计热负荷指标(W/㎡)

北京

120

-9

-1.6

20.6

28.37

31.82

43.82

天津

119

-9

-1.2

20.5

28.83

31.54

44.36

石家庄

112

-8

-0.6

20.3

28.38

31.23

43.66

太原

135

-12

-2.7

20.8

30.14

32

46.37

沈阳

152

-19

-5.7

21.2

33.10

32.61

50.91

大连

1131

-11

-1.6

20.6

30.48

61.69

46.89

长春

170

-23

-8.3

21.7

33.82

33.38

52.04

哈尔滨

176

-26

-10

21.9

33.69

34.41

52.93

济南

101

-7

-0.6

20.2

31.38

29.02

45.08

青岛

110

-6

-0.9

20.2

31.38

28.35

44.04

郑州

98

-5

-1.4

20

30.77

27.71

42.2

西安

100

-5

-1.4

20

31.38

27.71

42.2

呼和浩特

166

-19

-6.2

21.3

32.58

32.76

50.09

乌鲁木齐

162

-22

-8.5

21.8

33.54

32.91

50.63

1.3.3实施案例:

1.办公楼供暖案例

办公楼(非节能)供暖改造工程(合同能源管理),建筑面积约57661平米,地上33层加地下负二层。供暖系统为65℃至40℃热水,各楼层温度24小时保持在22℃以上。装机容量为3480kW。

15BC3

办公楼供暖案例




2.工厂供暖案例

供暖面积15600平米。其中办公楼3600平米,温度要求为18℃以上,厂房12000平米,层高9米,温度要求5-10℃,装机容量为高压型固体电热蓄能装置1MW。

工厂供暖案例


3.居民楼供暖案例

供暖建筑为80年代楼房,外墙无外保温,供暖管网保温层基本报废,锈蚀严重丢水非常大,核算单位面积采暖用电量70kWh,总供暖面积为20.7万平米,总装机容量为15.3MW,按照谷电0.268元/kWh计算,每平米运行费用约为18.76元/㎡,年运行费用为388.3万元。

2150C

改造后锅炉房外观

21D1A


改造后锅炉房内部


4.商场供暖案例

建筑面积为124000平方米,商场温度需求为20℃以上,节能建筑,装机容量为11.25MW。核算单位面积采暖用电量60kWh,按照谷电0.32元/kWh计算,每平米运行费用约为19.2元/㎡,年运行费用为238万元。

5.酒店供暖案例

建筑面积为45000平方米,酒店温度需求为22℃以上,新建节能建筑,装机容量为9MW。核算单位面积采暖用电量100kWh,按照谷电0.29元/kWh计算,每平米运行费用约为29元/㎡,年运行费用为130.5万元。



6.学校供暖案例

建筑面积为9200平方米,学校温度需求为20℃以上,节能建筑,装机容量为800kW。核算单位面积采暖用电量45kWh,按照谷电0.27元/kWh计算,每平米运行费用约为12.15元/㎡,年运行费用为11.2万元。



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