王斌 王謙

摘要：在我國，棄風(fēng)棄光電以及谷電得不到很好的利用，從而造成資源的浪費(fèi)、環(huán)境的污染，合理利用丟棄的電量有益于效益最大化。本文列舉了電極熱水鍋爐蓄熱、固體磚蓄熱和熔鹽蓄熱這三種電加熱技術(shù)，并詳細(xì)闡述了適用于大規(guī)模建設(shè)的熔鹽蓄熱技術(shù)，最后結(jié)合現(xiàn)有案列說明熔鹽蓄熱技術(shù)的可行性并給出經(jīng)濟(jì)性分析。

關(guān)鍵詞：棄風(fēng)棄光電;谷電再利用;電加熱技術(shù);熔鹽蓄熱

1背景

我國是能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國各類電能總裝機(jī)容量已達(dá)201066×104kW。隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電的增加，火電在總裝機(jī)容量中的占比已從2015年的約66%降低到2019年的 59%，其中風(fēng)電和光伏分別達(dá)到21005×104kW（10.4%）和20468×104kW（10.2%）。但因?yàn)轱L(fēng)能和電能存在不可預(yù)測性，導(dǎo)致風(fēng)電和光伏發(fā)電分布不均以及不穩(wěn)定，造成了并網(wǎng)的困難。雖然國家有計(jì)劃地降低風(fēng)電和光伏的棄電率，但仍有一定比例的棄風(fēng)棄光電量存在[1]。谷電一般指第一天晚上到第二天早晨時(shí)段電，此時(shí)段電價(jià)下浮約50%，高峰時(shí)段（峰電）電價(jià)上浮約50%，充分利用谷電可以平衡電網(wǎng)，降低電網(wǎng)負(fù)荷[2]。通過對棄風(fēng)棄光電以及谷電的再利用，不僅節(jié)約能源，而且對節(jié)能減排、社會(huì)經(jīng)濟(jì)具有重要作用。

2電蓄熱技術(shù)

棄風(fēng)棄光電和谷電蓄熱技術(shù)有電極熱水鍋爐蓄熱技術(shù)、電阻熱水鍋爐蓄熱技術(shù)、固體磚蓄熱技術(shù)、熔鹽蓄熱技術(shù)、相變蓄熱技術(shù)。其中，可直接利用10kV以上高壓電的蓄熱技術(shù)有：電極熱水鍋爐蓄熱技術(shù)、固體磚蓄熱技術(shù)和熔鹽蓄熱技術(shù)。

電極熱水鍋爐蓄熱技術(shù)是通過電極鍋爐將熱能儲(chǔ)存在蓄熱裝置中，在用電高峰時(shí)段，將蓄熱介質(zhì)中的熱能釋放出來供用戶使用。通過蓄熱水罐，可以在熱源和用戶之間建立一個(gè)緩沖時(shí)間，使得熱源利用更加靈活;固體磚蓄熱材料大都為MgO，棄風(fēng)棄光電或者谷電通過電網(wǎng)輸送到蓄熱地點(diǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為熱能，從而為材料進(jìn)行充熱，而后蓄熱材料被輸送至用戶端，為用戶供熱;熔鹽蓄熱技術(shù)是一種基于熔鹽顯熱蓄熱的電加熱集中供熱技術(shù)，通過電加熱技術(shù)給熔鹽充熱，被加熱的中高溫熔鹽與水換熱，從而供給用戶端。

電極熱水鍋爐技術(shù)成本低、室內(nèi)溫度可穩(wěn)定調(diào)節(jié)，可滿足一般供暖、生活熱水和工業(yè)熱水的需求，但需要具備足夠的鍋爐房空間;固體磚蓄熱技術(shù)可模塊化組裝，占地面積小、蓄熱密度高，但初期投資較大，電加熱器用量大，供熱工況不太穩(wěn)定，雖然只需很小的空間，但是不適宜大規(guī)模布置;熔鹽蓄熱技術(shù)投資成本低、占地面積小、蓄熱密度高、供熱工況可穩(wěn)定調(diào)節(jié)、使用壽命長，但需要考慮防凝措施，可以滿足大規(guī)模供暖、供熱水、工業(yè)蒸汽等，相比于前兩種蓄熱方式，適用于建筑面積大于的小區(qū)、別墅區(qū)、商業(yè)地及旅游區(qū)。

3熔鹽蓄熱技術(shù)

根據(jù)工藝流程的不同，熔鹽蓄熱技術(shù)可以分為單罐蓄熱技術(shù)和雙罐蓄熱技術(shù)。蓄熱系統(tǒng)主要包括混合熔鹽、熔鹽罐、熔鹽泵、電加熱熔鹽-水換熱器等設(shè)備和材料。

其中單罐式熔鹽蓄熱罐通過控制高溫熔鹽的流入和流出來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的蓄熱和放熱過程。在蓄熱罐中填充較大熱容的多孔介質(zhì)顆粒，熔鹽在多孔介質(zhì)固體填充顆粒之間形成了溫度分層，將低溫熔鹽和高溫熔鹽劃分了不同的區(qū)域，處于溫度最低區(qū)域和溫度最高區(qū)域的溫度分層被稱為斜溫層[3]。充熱過程，當(dāng)斜溫層完全流出蓄熱罐，罐中溫度與入口高溫熔鹽溫度相同時(shí)，表示充熱完成;放熱過程，當(dāng)斜溫層開始流出蓄熱罐，表示有效放熱過程結(jié)束。

圖1表示單罐熔鹽蓄熱供暖示意圖，從風(fēng)機(jī)出來的風(fēng)進(jìn)入熔鹽罐被加熱，之后進(jìn)入風(fēng)-水換熱器，熱風(fēng)將熱量傳遞給水，水被加熱到一定溫度后供用戶使用，換熱后的風(fēng)重新進(jìn)入風(fēng)機(jī)，完成風(fēng)循環(huán)。

圖2為電加熱的熔鹽蓄熱供熱示意圖。雙罐熔鹽蓄熱過程為：熔鹽電加熱器啟動(dòng)，低溫熔鹽被泵抽出在電加熱器中被加熱，被加熱的熔鹽進(jìn)入高溫熔鹽罐中被儲(chǔ)存起來;放熱過程為：高溫熔鹽進(jìn)入換熱器給用戶側(cè)的冷水加熱，換熱后的熔鹽進(jìn)入低溫罐，完成放熱過程。

單罐熔鹽蓄熱可以利用更廉價(jià)的固體代替一部分熔鹽并且只需一個(gè)蓄熱罐，建設(shè)成本降低并且占地面積小，可以大大減小成本支出，但需要嚴(yán)格控制斜溫層，并且高溫熔鹽和低溫熔鹽較難區(qū)分。與單罐熔鹽相比，雙罐熔鹽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，供熱負(fù)荷穩(wěn)定，可靈活調(diào)節(jié)，控制相對簡單，但雙罐的存在，意味著建設(shè)成本的提高和占地面積的增大[5]。

4熔鹽供暖技術(shù)應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)分析

相較傳統(tǒng)的煤氣或燃煤供熱方式，采用熔鹽儲(chǔ)熱與供熱模式具備安全、高效、操作簡便、無廢棄物的優(yōu)勢，運(yùn)行成本也比燃?xì)夤┡瘻p少了很多。

姚俊彬等[4]采用單罐熔鹽供暖模式為阜新市大樓提供供熱服務(wù)，供水平均溫度為79.9 ℃，回水平均溫度為63.9 ℃，室內(nèi)平均溫度為18.4 ℃，供熱溫度基本滿足熱用戶的需求。由北京工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)研發(fā)，中投億星紅日太陽能科技有限公司投資建設(shè)的全球首座熔鹽蓄熱低谷電綠色供暖示范工程在河北辛集建成。示范工程供暖建筑面積為7.5×104m2，利用夜間電網(wǎng)系統(tǒng)10h的低谷時(shí)段電力加熱熔鹽進(jìn)行儲(chǔ)能。在冬季，熔鹽蓄熱系統(tǒng)可供建筑物全天 24h采暖。該工程于2016年11 月15日投入運(yùn)行，居民用戶室內(nèi)溫度能夠穩(wěn)定維持在 19～24℃，受到了居民的好評[6]。

熔鹽蓄熱建設(shè)成本較低，系統(tǒng)簡單，整個(gè)投資成本大約150 元/m2，供暖季運(yùn)營成本根據(jù)峰谷電價(jià)不同在13～18 元/m2，具有良好的經(jīng)濟(jì)性能;該項(xiàng)目建設(shè)周期較短，只需3～5個(gè)月;對投資人來說，資金回收快，受益年限長，平均30年[7]。

5總結(jié)

本文針對棄風(fēng)棄光電以及谷電得不到充分利用這種問題，列舉了電極熱水鍋爐蓄熱、固體磚蓄熱和熔鹽蓄熱這三種電加熱技術(shù)，通過對比分析，熔鹽蓄熱技術(shù)更適用于大規(guī)模建設(shè)并對此加以闡述，最后結(jié)合現(xiàn)有案列說明熔鹽蓄熱技術(shù)的可行性并給出經(jīng)濟(jì)性分析。綜上所述，電加熱技術(shù)是一種可以有效利用棄風(fēng)棄光電和低谷電的儲(chǔ)熱技術(shù)，對改善環(huán)境、促進(jìn)電網(wǎng)削峰填谷具有重要意義，是一項(xiàng)值得大力推廣的儲(chǔ)能技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王卓輝.我國棄風(fēng)棄光電量再利用的分析與對策[J].中外能源.2021，26（05）：23-26.

[2]關(guān)書偉.谷電、太陽能設(shè)備加熱與熔鹽蓄熱的集中供暖技術(shù)應(yīng)用[J].住宅與房地產(chǎn).2017（05）：250.

[3]張晨.中低溫槽式太陽能熱發(fā)電儲(chǔ)熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2018.

[4]姚俊彬，趙崢崢.單罐熔鹽蓄熱供暖系統(tǒng)研究及其應(yīng)用[J].西部皮革.2017，39（02）：18-20.

[5]劉暢.高溫熔鹽蓄熱風(fēng)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究[D].中國科學(xué)院大學(xué)，2018.

[6]吳玉庭，張曉明，王慧富，等.基于棄風(fēng)棄光或低谷電加熱的熔鹽蓄熱供熱技術(shù)及其評價(jià)[J].中外能源.2017，22（02）：93-99.

[7]王海軍，趙雅靜，楊玉江，等.熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)的研究及熔鹽供暖技術(shù)的應(yīng)用前景[J].廣州化工.2017，45（15）：33-34，47.