儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置

關(guān)鍵詞：儲電蓄熱電網(wǎng)調(diào)峰集中冷熱聯(lián)供節(jié)能減排綠色環(huán)保

摘    要：儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置突破大規(guī)模低成本動態(tài)蓄冰蓄熱技術(shù)瓶頸，突破大容量低成本低投入高效率儲電技術(shù)瓶頸。它既能蓄積天然冷/熱能，也能儲電蓄熱發(fā)電，把蓄冰、蓄熱、儲電、供冷、供熱、蓄水、發(fā)電高效率地結(jié)合在一起，一舉多得，節(jié)能減排，減少環(huán)境污染，電網(wǎng)削峰填谷。

儲電設(shè)施主要有化學電池、物理蓄能。目前我國的化學儲能技術(shù)主要為鈉硫電池、鋰離子電池、鉛酸電池和全釩液流電池。但這些儲能技術(shù)多數(shù)都有弊端：鈉硫電池運行溫度高達300℃，運行便捷性與安全性系數(shù)不太高;鉛酸電池污染大;鋰電池也發(fā)生過燃燒、爆炸等事故，還有散熱、儲電容量、使用壽命方面的缺陷;全釩液流電池最有發(fā)展前途，但目前最大容量只能做到兆瓦級。物理儲能技術(shù)方面，壓縮空氣儲能由于限制較多容量小、應用少;目前國家規(guī)劃的大容量儲電設(shè)施都是抽水儲能電站，它投資成本大于4000元每千瓦，還有占地和環(huán)境問題。

目前的城市集中冷熱聯(lián)供裝置主要包括蒸汽鍋爐、管道系統(tǒng)、放熱器或溴化鋰吸收制冷裝置/中央空調(diào)，必須大量消耗化石能源、產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳、不能利用自然環(huán)境中夏季的熱能和冬季的冷量。

目前的節(jié)能高效示范技術(shù)地源熱泵中央空調(diào)裝置主要從地下水中提取熱/冷量，制冷/熱效果因不受氣溫影響，其裝機容量可以低于常規(guī)冷水機組10-20%;配套設(shè)備功率降低20%左右。在夏季運行時COP(能效比)達5.2-6.0，冬季制熱效率COP為4.2-5.0。根據(jù)上述優(yōu)勢，地源熱泵機組在夏季比常規(guī)制冷機組節(jié)約運行費用20%，冬季比電、油鍋爐節(jié)約費用70%，比集中供熱節(jié)約50% ，比燃氣鍋爐、風源熱泵機組節(jié)約費用40%。如冬夏運行均按120天計算，采用地源熱泵技術(shù)，全年空調(diào)電費為平均每天每平方米0.085元。而采用常規(guī)能源的耗能量統(tǒng)計如下：(1)冬季集中供暖收費標準為：0.165元/天·平米(2)夏季采用傳統(tǒng)水冷機組中央空調(diào)，平均電費：0.12元/天·平米。由此可見，采用地源熱泵技術(shù)，每一萬平米住宅建筑每年可節(jié)約電量，折合標準煤100噸。但地源熱泵中央空調(diào)裝置嚴重受限于目前中國大陸地下水資源短缺，不能大規(guī)模應用。

地下水庫中1m3冰能穩(wěn)定提供0°C的冷量約相當于-10°C環(huán)境溫度下100kwh的冷量;1m3水也能穩(wěn)定提供0°C的熱量約相當于10°C環(huán)境溫度下100kwh的熱量。儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置夏天變地下水庫中的冰為水采用城市終端換熱器與空氣直接換熱能直接提供低于10°C的冷空氣，無需制冷機組不耗電，只需少量運行費用;儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置冬天采用熱泵機組變地下水庫中的水為冰制熱能提供高于40°C的暖氣。儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置與目前的城市集中冷熱聯(lián)供裝置/傳統(tǒng)中央空調(diào)比較，在中國北方，以住宅為例，一個空調(diào)/供冷供暖年度，節(jié)省運行費用約21.6元/年·平米，節(jié)省標準煤約19.9kg /年·平米，減少CO2排放約53kg /年·平米;儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置主體單位投資約48元/平米住宅，一次投入長期受益。儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置每投資1元，可節(jié)省發(fā)電、輸配電、儲電設(shè)施、空調(diào)機、集中供暖氣裝置投資約2元，節(jié)省運行費用約0.45元/年，節(jié)省標準煤約0.41kg /年，減少CO2排放約1.1kg /年。如果以投資2000億近似于一個三峽水庫計算，則可以節(jié)省發(fā)電、輸配電、儲電設(shè)施、空調(diào)機、集中供暖氣裝置投資約4000億元，節(jié)省運行費用約900億元/年，節(jié)省標準煤約0.82億噸 /年，減少CO2排放約2.2億噸/年。該項目的廣泛實施將能為中國節(jié)省標準煤約5億噸/年，減少CO2排放約13.4億噸/年。

儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置采用動態(tài)蓄冰裝置突破大規(guī)模低成本蓄冰蓄熱水技術(shù)瓶頸，單位蓄冰體積投資約120元/m3冰。

儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置突破低成本低投入大容量高效率儲電技術(shù)瓶頸，是高效率大容量儲電的好途徑。1°C水所儲存的電能相當于抽水蓄能電站同體積水100米高程所儲存的電能，1°C水所儲存的熱能相當于抽水蓄能電站同體積水400米高程所儲存的電能所直接產(chǎn)生的熱能，儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置冷季通過熱泵蓄熱直接為城市供暖是最高效的儲電用電/城市供暖方式，蓄電為熱效率大于400%;由于能蓄積天然冷/熱能加以利用，儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置儲電為熱再發(fā)電效率可以大于100%，大幅提高風電、太陽能發(fā)電等隨機性新能源發(fā)電峰值利用效率，大幅拓展風電、太陽能發(fā)電等隨機性新能源發(fā)電的發(fā)展空間。因為高效率共用地下水庫和蓄熱換熱設(shè)備，而且水的熱能比勢能能量密度更高，每千瓦儲電投入不到抽水蓄能電站投資的四分之一，而且沒有環(huán)境問題;因為配套采用新型動態(tài)天然蓄冰裝置實現(xiàn)超大規(guī)模低成本蓄冰蓄熱，而且與城市夏季供冷冬季供暖相結(jié)合，儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置具有非常好的經(jīng)濟效益，綜合投資回收期僅約3年。儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置還具有非常巨大的社會效益：首先夏季電網(wǎng)削峰效果非常顯著，顯著提高電網(wǎng)運行效率，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可大幅節(jié)省為應對城市尖峰負荷---主要是制冷機負荷----而用于發(fā)電、輸配電和電源后備容量建設(shè)的大量低效率投資;還節(jié)省能源、減少環(huán)境污染、減少溫室氣體排放、夏天供冷同時發(fā)電、也有利于余熱廢熱供暖發(fā)電綜合利用等。

儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置采用氨液汽分離管道系統(tǒng)突破大規(guī)模遠距離高速低成本冷熱量輸送技術(shù)瓶頸。以音速約1200km/h高速輸送冷/熱量，0°C氨液體管道冷量輸送熱流密度4.0GW / m2， 0°C氨蒸汽管道熱量輸送熱流密度1.5GW / m2;氨液汽輸送主管壓力0.4MPa，與自來水管壓力相似，可以遠距離低成本大規(guī)模建設(shè)氨液汽輸送管道，這樣，儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置適用范圍可以擴展到華中、華東、西南，甚至于華南、香港;結(jié)合地形及海拔高差來規(guī)劃氨液遠距離重力輸送管道可以實現(xiàn)低運行費用，氨液汽管道可以聯(lián)網(wǎng)高效運行;氨液汽管道循環(huán)工質(zhì)氨的總充注量約163kg/ Mw. km。

儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置包含地下水庫、動態(tài)蓄冰裝置、管道系統(tǒng)和終端裝置。該儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置蓄水、發(fā)電、供冷、供熱一舉多得。與目前的蒸汽鍋爐式城市集中冷熱聯(lián)供裝置比較，該儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置不僅不消耗化石能源、不產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳，還能蓄水供水，能充分利用自然環(huán)境中夏季的熱能和冬季的冷量來為城市供熱、供冷、發(fā)電。與目前的高效節(jié)能示范技術(shù)地源熱泵中央空調(diào)裝置比較，該儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置為環(huán)境友好型綠色技術(shù)，不占用資源，同樣運行穩(wěn)定不受當時氣溫限制，也不受地下水資源短缺限制，還能儲電。與抽水蓄能電站比較，由于能蓄積天然冷/熱能加以利用，儲電為熱再發(fā)電效率可以大于100%;因為高效率共用地下水庫和蓄熱換熱設(shè)備，每千瓦儲電投入不到抽水蓄能電站投資的四分之一，而且沒有環(huán)境問題;儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置冷季通過熱泵蓄熱直接為城市供暖是最高效的儲電用電/城市供暖方式，蓄電為熱效率大于400%;儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置夏季還能直接為城市供冷。

儲電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置所應用的都是成熟的通用技術(shù)、通用設(shè)備、通用材料，按照目前中國的技術(shù)水平及制造業(yè)現(xiàn)狀，實施沒有困難。特別值得大力研究、發(fā)展、推廣。

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