摘要：固体电蓄热装置不仅克服了传统蓄热方式的缺点，而且兼具环保、高效、节能、安全等多项优势，有望替代大部分传统的取暖设备。本文在介绍固体电蓄热装置的原理基础上，分析固体电蓄热装置的经济性和应用前景。
关键词：固体电蓄热装置；经济性
前言
随着我国产业结构变化和人民生活水平的提高，白天高峰用电量不断增加，夜间低谷时段用电量大幅降低，供电峰谷差逐年加大，给电网运行带来较大困难和较高的经济损失。大力推广在低谷段运行的电蓄热储能装置，是“移峰填谷”的有效办法。
按蓄热介质的不同，可将电蓄热装置分为固体电蓄热装置和液体电蓄热装置（即液体蓄热电锅炉）2种。液体蓄热电锅炉可以水为介质，以导热油为介质或使用其它介质。目前，绝大多数电热锅炉中的介质是水。受水饱和温度的限制如1.6MPa时水的饱和温度为204℃，液体蓄热电锅炉的水温不能过高，造成蓄能水箱的体积和壁厚过大，占地面积和材料消耗过多，给安装和管理带来不便，同时增加了蓄热装置的投资。采用导热油作为电热锅炉的介质，是由于导热油在常压下可达到较高的温度，可用于需要低压高温的地方。也可利用高温导热油，再将热量传递给水。但由于导热油价格较高，只能用于特殊的场所。
而固体电蓄热装置却能解决上述问题。虽然一般固体材料的比热只有水的1/3-1/4，但由于固体蓄热材料的密度为水的2.9倍左右，蓄热温度可达800℃左右，使固体蓄热材料的蓄热能力比同体积水的蓄热能力大5倍以上，蓄热装置的体积大大减小，由于固体电蓄热装置不承受压力，对其形状也没有特殊要求，装置的占地面积和设备投资大大降低。它不仅克服了传统蓄热方式的缺点，而且兼具环保、高效、节能、安全等多项优势，有望替代大部分传统的取暖设备。
1固体电蓄热装置的原理
固体电蓄热装置在西欧十分盛行。1980--1981年，英国电热储能装置制造商售给工业与民用的设备为146300套，1981--1982年为175401套，1982--1983年销量增至248300套。据不完全统计，我国现有工业锅炉约43万台，而电热锅炉约4801台，600MW，其中水蓄热电热锅炉仅占10%左右，而固体蓄热还鲜有报导。
它以高热容材质做为蓄能组件，外壳用隔热耐火材料加强绝热保温。在夜间电力需求小的时候，蓄能组件通过电阻加热系统被加热到800℃左右，把电能转变成热能储存起来；到了白天用电高峰期间，则通过送风系统，向蓄热装置内送入空气，经温度调节向用户供给热风或用热风将水加热。
在我国，随着国民经济可持续发展战略的推进，经济结构的调整及人们生活质量的提高，用电构成发生了很大的变化，高峰用电负荷增加，低谷用电大量减少，峰谷差不断拉大，用电负荷率不断下降，给电网经济运行带来困难。电力的节约无疑对国民经济各部门和人民生活都是极为重要的。电厂与用户之间的供需矛盾可造成巨大的经济损失和能源的浪费，高峰电力负荷过高时，会造成供电不足和停电，必须建设、安装额外负荷备用发电设备，这样势必增加发电成本。而在低峰电力负荷期间，则造成电厂发电效率降低，白白浪费电厂的燃煤。电热固体蓄热技术是解决电网峰谷差及环保问题的有效手段。它利用低谷廉价电力将所需能量用显热方式储存起来，以供需要时使用。它解决了夜晚负荷低，电网峰谷差加大，机组调峰困难等问题。该技术可平衡电网峰谷负荷，提高用电效率，减少环境污染，是一种既有利于社会，又有利于用电客户的节能技术。
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在蓄热过程中，加热元件主要以辐射方式将热量传递给周围的蓄热介质，使介质的温度逐渐升高，蓄热介质获得热量后，以热传导和辐射的方式连续地向蓄热介质内部传递，使内部各点温度逐渐上升。因此，蓄热过程中，蓄热介质内部各点的温度是时间和坐标的函数。
2固体蓄热储能装置的供热系统
按热用户需求，固体蓄热装置的供热可采用直接供热系统或间接加热供热系统2种。直接供热系统是利用价格优惠的低谷电将蓄能材料加热到超高温储存热量，白天通过送风系统向蓄能装置内送入空气，经温控装置将热量均衡释放，以可调的热风直接向热用户供暖。直接供热系统的特点是系统简单，冷风可直接来自环境，风温可通过系统中的风门调节。间接加热供热系统是双循环加热系统，在蓄能装置与热用户中间设置了一台热交换器，将放热过程和吸热过程分隔成2个独立的循环回路。蓄能装置所蓄的热量通过热风传递给热交换器中的水，将热水供给热用户。在这种系统中，由于增加了一些设备和管道，系统稍微复杂。固体蓄热储能装置采用不同的配置和运行方式，可获得不同的经济效益，通常有以下3种运行方式（以北京地区用电时段划分和电价为例）。方式1：蓄热量较大，可全部用低谷电。蓄热装置全部安排在低谷8h运行，平时段8h和高峰段8h不用电。此种方式的运行费用较低，但设备一次性投资较大。方式2：蓄热量不够大时，可用低谷电加平峰电。低谷电满功率运行，平峰电半功率运行。此种方式的初投资较小，但运行费用较高。方式3：蓄热量较小，可用低谷电加平峰电加高峰电运行。低谷电满功率运行，平峰电60%功率运行，高峰电10%功率运行。此种方式一次性设备投资最小，运行费用最高，但综合费用较低，为经济的运行方式。
电能是对环保最有利的能源，电采暖不存在网络和设备热消耗，同时利用低谷电进行蓄能则可大大降低运行费用。特别是固体蓄热装置具有无污染、零排放、安装简单、占地小、成本低、运行费用低等一系列特点，而且同一台装置向用户提供热风的同时，又可向用户提供热水，该采暖方式各方面都具有较明显的优势。
除上述经济比较外，固体蓄热装置还具有其它不可比拟的优点，如：1）固体蓄热装置是代替燃煤锅炉供暖的首选。目前，环保的呼声越来越高，现有的燃煤锅炉也计划改造使用清洁燃料。目前所采用的清洁燃料不外乎液体燃料、气体燃料和电力。在3种能源的供暖系统中，电热炉的效率最高，特别是固体蓄热装置在采用全蓄热运行的情况下，运行费用最低。从趋势看，低谷电价仍有下降空间，会使运行费用进一步降低。而且固体蓄热装置具有安装简单、占地规模小的特点，可充分利用现有锅炉房的场地进行安装和运行，是代替燃煤锅炉供暖的首选。2）固体蓄热装置是分户采暖的首选。当前，解决集中供暖收费难主要有2个方案，其一是集中供热分户计量，另一方案是分户采暖。其中集中供热分户计量需要对现有热网进行一系列规模改造，并伴随产生一系列节能温控的问题。
3结束语
分户采暖因其安装简单、体积小、计量方便己成为目前供暖方式变革的趋势。特别是固体蓄热装置的体积仅为蓄能水箱的1/5左右，并且使用成本低，运行费用低，利用低谷电较优惠的价格储存大量的热量，通过可控装置稳定的释放，成为分户供暖的首选。
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论文作者:刘宏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/26
标签：蓄热论文; 装置论文; 固体论文; 低谷论文; 方式论文; 介质论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第7期论文;