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。

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。

改造后锅炉房外观

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。