中國儲能網(wǎng)訊：水蓄熱、固體蓄熱、相變蓄熱，三大主流電蓄熱技術(shù)路線，分別適用于哪些應(yīng)用場景？這是一個(gè)采購方經(jīng)常咨詢到的問題。
一、水蓄熱及其應(yīng)用場景
水蓄熱電鍋爐系統(tǒng)主要包括電鍋爐、蓄熱水罐和供熱管網(wǎng)3部分：電鍋爐負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化成熱能作為供熱熱源；蓄熱水罐負(fù)責(zé)將電鍋爐產(chǎn)生的部分熱能儲存起來，待電熱鍋爐停運(yùn)時(shí)替代后者對外釋放熱能；供熱管網(wǎng)（含板式換熱器和循環(huán)泵等設(shè)備）負(fù)責(zé)按需將熱源處的熱量送給熱用戶。
水蓄熱電鍋爐在用電低谷時(shí)段電力將水加熱，并儲存在具有保溫功能的水箱里，在峰電、平電時(shí)段以熱水的形式進(jìn)行輸出（熱水溫度通常為35℃~85℃）。
水儲熱技術(shù)具有熱效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行安全穩(wěn)定、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外都有很多應(yīng)用實(shí)例，因需增設(shè)水箱，故與固體蓄熱電鍋爐相比，存在儲水罐體積較大、受占地空間限制等問題。
在風(fēng)電消納、火電靈活性改造、清潔供暖等多領(lǐng)域應(yīng)用場景，眾多已建成的項(xiàng)目實(shí)例證明了水蓄熱的商業(yè)可利用價(jià)值。
1、應(yīng)用于西北地區(qū)可再生能源消納
在各類蓄熱技術(shù)中，電鍋爐+水蓄熱在西北地區(qū)清潔能源消納方面的適用性最佳。
在西北地區(qū)，電鍋爐+水蓄熱以大規(guī)模的百萬平方米供暖面積的項(xiàng)目為主，眾多實(shí)踐案例已經(jīng)充分證明了這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，以及其在消納可再生能源方面的適用性。
▍中如智慧能源臨澤縣水蓄熱供暖項(xiàng)目
該項(xiàng)目配置3臺10000m3儲熱系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)供暖面積300萬㎡，就地消納電量4.7億千瓦時(shí)，對西北地區(qū)消納棄風(fēng)光電能起到重要作用。
▍甘肅某縣城老城區(qū)集中供熱項(xiàng)目
該項(xiàng)目總供暖面積160萬㎡，熱源為一座燃煤鍋爐房，2019年對其進(jìn)行清潔能源集中供熱改造，新建電極鍋爐（帶蓄熱）房，完全替代原燃煤鍋爐承擔(dān)該縣城老城區(qū)的集中供熱。
項(xiàng)目最終設(shè)計(jì)裝機(jī)為4×40MW電極鍋爐+3×10000m3蓄熱水罐，靜態(tài)總投資約10500萬元，建設(shè)期4個(gè)月，建設(shè)當(dāng)年投入投用，年凈收益約1200萬元，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為10.3%，投資回收期為9年。項(xiàng)目投用后，年消納風(fēng)（光）電量總計(jì)達(dá)17964.06萬kWh。
▍敦煌市重點(diǎn)民生工程高比例新能源供熱示范項(xiàng)目
該項(xiàng)目于2022年11月1日正式投用，是全國首個(gè)已建規(guī)模最大的電極鍋爐供暖項(xiàng)目。項(xiàng)目先后建成8臺40兆瓦高壓電極蓄熱鍋爐、2座蓄熱罐、10座換熱站等設(shè)施設(shè)備，成為創(chuàng)建國家高比例新能源示范城市的示范性項(xiàng)目。
2、應(yīng)用于火電廠調(diào)峰
水蓄熱技術(shù)在火電廠調(diào)峰上有廣泛應(yīng)用，主要用于熱電廠供暖季的熱電解耦，提高供熱機(jī)組的運(yùn)行靈活性。以蒸汽為熱源的水蓄熱，投資成本和運(yùn)行費(fèi)用較低，既能夠增加熱電廠的低負(fù)荷運(yùn)行能力，也能夠增加高峰時(shí)段的頂負(fù)荷能力，具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢和市場競爭力。但同時(shí)，水蓄熱也存在儲熱密度低，空間占用大的問題，尤其是城市區(qū)域的熱電廠改造可能存在一些空間利用的問題。
▍松花江第一熱電分公司調(diào)峰項(xiàng)目
2021年，由國家電投中央研究院研發(fā)的高性能斜溫層水蓄熱/蓄冷技術(shù)在松花江第一熱電分公司儲熱調(diào)峰項(xiàng)目中成功應(yīng)用。5000m3斜溫層蓄熱水罐，按照設(shè)計(jì)值，每年可為該廠節(jié)約標(biāo)煤5萬噸以上，增加機(jī)組調(diào)峰能力120兆瓦，在冬季同等負(fù)荷條件下，供熱面積增加200余萬平方米。2022年，該廠火電參與電力調(diào)峰時(shí)長超3200小時(shí)，帶來收益7000萬元。
目前，在我國電鍋爐+水蓄熱這一細(xì)分市場中，以上海中如智慧能源集團(tuán)有限公司、山東北辰機(jī)電設(shè)備股份有限公司等為代表的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)發(fā)揮了帶頭作用，在市場建設(shè)、行業(yè)生態(tài)建設(shè)等方面貢獻(xiàn)突出。如在甘肅的蘭州、酒泉、金塔，河北的張家口、尚義、石家莊，內(nèi)蒙古的赤峰、新疆等多個(gè)地區(qū)，中如智慧能源和北辰機(jī)電已經(jīng)落地了多個(gè)項(xiàng)目，大大推動了水蓄熱技術(shù)的市場應(yīng)用。
二、固體蓄熱及其應(yīng)用場景
固體電蓄熱技術(shù)是在谷值電價(jià)時(shí)利用電加熱設(shè)備直接將電能轉(zhuǎn)化為熱能，并儲存于固體儲熱器；在峰值電價(jià)時(shí)與供暖系統(tǒng)熱水進(jìn)行換熱，進(jìn)而為建筑供暖的技術(shù)。其工作過程與水蓄熱電鍋爐大致相同，不同之處是蓄熱體為固體材料。固體蓄熱電鍋爐多采用鎂磚、固體合金、頁巖磚、混凝土等可實(shí)現(xiàn)較高蓄熱溫度（可達(dá)750℃左右）的蓄熱材料。
高溫固體具有儲熱密度大、儲熱溫度高、儲熱體積小等優(yōu)點(diǎn)，不但克服液體儲熱技術(shù)的缺點(diǎn)，而且兼具環(huán)保、高效、節(jié)能、安全等多項(xiàng)優(yōu)勢。固體蓄熱機(jī)組可實(shí)現(xiàn)低谷電蓄熱，夜間儲能、日間用能，錯(cuò)峰利用能源，具備更高的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。與水蓄熱電鍋爐相比，固體蓄熱電鍋爐無需設(shè)置水箱，占地面積較小，但投資較高。
在多種電蓄熱技術(shù)路線中，固體電蓄熱技術(shù)以其原理簡單、技術(shù)成熟、成本可控、應(yīng)用案例多等顯著優(yōu)勢，占據(jù)重要地位，由此也吸引了諸多玩家涌入，市場競爭日趨激烈。（下文僅介紹固體蓄熱技術(shù)在大型集中式供熱中的應(yīng)用，小型的分散式固體蓄熱電暖器不作介紹）
1、應(yīng)用于火電廠調(diào)峰
固體蓄熱鍋爐突破了電熱轉(zhuǎn)換及熱儲能過程中的超大功率技術(shù)瓶頸，而且建設(shè)成本低、周期短，在電網(wǎng)調(diào)峰中可發(fā)揮重要作用。在不影響機(jī)組運(yùn)行的情況下，固體電蓄熱調(diào)峰爐是很快實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰的一個(gè)有力手段。
固體蓄熱技術(shù)在調(diào)峰階段，利用電加熱裝置將蓄熱磚體加熱到700℃~800℃高溫蓄熱。放熱時(shí)，循環(huán)風(fēng)在風(fēng)機(jī)的帶動下經(jīng)過高溫蓄能體后變成高溫風(fēng)，高溫風(fēng)經(jīng)過換熱器，將熱量傳遞給換熱器內(nèi)的水，重新成為低溫風(fēng)，繼續(xù)循環(huán)，換熱器內(nèi)的水吸收熱量后輸出高溫?zé)崴?
▍華能營口熱電廠12萬千瓦電鍋爐蓄熱調(diào)峰項(xiàng)目
該項(xiàng)目于2022年11月投產(chǎn)，是華能集團(tuán)批復(fù)的首個(gè)獨(dú)立投資建設(shè)的電蓄熱調(diào)峰項(xiàng)目，項(xiàng)目固體電蓄熱熱水鍋爐由沈陽恒久安泰環(huán)保與節(jié)能科技有限公司工程總承包，其中總建設(shè)電調(diào)峰鍋爐120MW，分別為2臺40MW電極熱水鍋爐和4臺10MW固體電蓄熱熱水鍋爐。項(xiàng)目投運(yùn)后可實(shí)現(xiàn)兩臺火電機(jī)組調(diào)峰“零負(fù)荷”運(yùn)行，增加緊急備用熱源280萬平方米，進(jìn)一步提升供熱安全性。
該項(xiàng)目是為響應(yīng)國家火電靈活性改造政策要求和地區(qū)供熱發(fā)展需要，提高機(jī)組熱期深度調(diào)峰能力和供熱能力，對原有燃煤供熱機(jī)組進(jìn)行改造，該電蓄熱調(diào)峰供暖項(xiàng)目也是華能營口電廠第一個(gè)備用熱源調(diào)峰供暖項(xiàng)目，對保民生供熱、機(jī)組調(diào)峰、促進(jìn)清潔能源發(fā)展具有重要意義。
2、應(yīng)用于西北地區(qū)可再生能源消納
固體電蓄熱鍋爐蓄熱能力大，占地面積小，具有足夠大的蓄能系統(tǒng)，可在夜間利用低谷電進(jìn)行儲能，在白天進(jìn)行供暖、供能，同時(shí)解決了供暖和風(fēng)電低谷消納的問題。得益于峰谷電價(jià)、西部地區(qū)電能過剩和“煤改電”的政策鼓勵(lì)，清潔無污染的谷電固體蓄熱供暖得到了廣泛的應(yīng)用。
▍青海省貴南縣清潔供暖源網(wǎng)荷儲一體化項(xiàng)目
該項(xiàng)目由黃河公司青南分公司建設(shè)，于2022年10月份正式投運(yùn)，標(biāo)志著中國海拔最高、單體容量最大固體蓄熱式電鍋爐正式運(yùn)行，為當(dāng)?shù)夭刈迕癖娝腿チ恕熬G色溫暖”。
項(xiàng)目采用3臺8.5兆瓦“蓄熱式電鍋爐”+“空氣熱源泵”技術(shù)取代傳統(tǒng)燃煤鍋爐，由內(nèi)蒙古梅捷新能源科技有限公司供貨安裝。是目前中國國內(nèi)海拔最高、單體容量最大的固體蓄熱式電鍋爐。項(xiàng)目建成后將新能源電能就地消納轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)了由“綠電”帶動“綠暖”的清潔供暖新模式。
3、應(yīng)用于工業(yè)場景供蒸汽
蒸汽是工業(yè)生產(chǎn)所需的重要能源介質(zhì)，化工、紡織、印染、食品、醫(yī)藥、水泥等傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)流程都離不開蒸汽，可以說，沒有蒸汽，工業(yè)生產(chǎn)活動就無法繼續(xù)。利用固體蓄熱技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)蒸汽，在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，相關(guān)的案例也越來越多。
▍貴州小糊涂仙酒廠固體蓄熱式電蒸汽鍋爐示范項(xiàng)目
2022年，國家電投金元智慧能源公司在小糊涂仙酒廠投資建成貴州首臺固體蓄熱式電蒸汽鍋爐。作為貴州省儲熱的示范性項(xiàng)目，該項(xiàng)目裝機(jī)容量9.5MW，全年可為酒廠提供蒸汽3萬噸，它是一種新型、節(jié)能、環(huán)保、低噪的電蒸汽鍋爐，利用電加熱元件將低谷電以熱能的形式存儲，用電高峰時(shí)將熱量釋放，加熱軟水變成蒸汽，供釀酒車間使用。與同等燃?xì)忮仩t相比，每年可減少約2100萬立方米二氧化硫、氮氧化物等廢氣的排放。
三、相變儲熱及其應(yīng)用場景
相變儲熱技術(shù)是利用儲熱體在發(fā)生相變時(shí)需要吸收或釋放相變潛熱的原理進(jìn)行熱能的存儲和利用，可有效收集并利用低品位熱量，解決能量供求在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾，是提高能源利用率的有效手段。其具有儲熱密度高、儲釋熱過程溫度恒定等優(yōu)點(diǎn)。
目前，相變電儲熱技術(shù)結(jié)構(gòu)主要有兩種：一種是類似于水儲熱技術(shù)，將相變儲熱裝置替代儲水罐，在電價(jià)谷值時(shí)，開啟電鍋爐制熱，并利用相變儲熱裝置將熱量進(jìn)行儲存，在電價(jià)峰值時(shí)，相變儲熱裝置為建筑供暖；另一種類似于高溫固體電儲熱技術(shù)，將相變材料做成相變材料磚，并放置于固體儲熱器中，在電價(jià)谷值時(shí)直接儲存電加熱裝置的熱量，在電價(jià)峰值時(shí)為建筑供暖。
1、應(yīng)用于建筑供暖
相變蓄熱供暖措施主要是在夜晚對谷電蓄熱進(jìn)行充分利用白天進(jìn)行集中供暖，有效避開白天的用電高峰，這是對深夜用電潛力的深入挖掘和充分利用，對電網(wǎng)削峰填谷目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)具有積極促進(jìn)作用，使采暖運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低，使熱能得到充分利用。
相變蓄熱供暖具有較高的環(huán)保性和安全性，在良好的環(huán)境中能夠長時(shí)間使用，組成結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)和保養(yǎng)極為便利，重點(diǎn)是具有較大的蓄熱密度，熱能的損失較小，占地面積較小，對熱能的傳遞和控制極為方便。
▍中央民族樂團(tuán)東煤廠胡同11號院相變蓄熱清潔供暖項(xiàng)目
該項(xiàng)目位于北京核心區(qū)，毗鄰北海公園和恭王府，距故宮北門僅1.8公里，地段重要，人員密集，對清潔供暖改造方案的穩(wěn)定性、環(huán)保性要求非常高。賀邁新能源自主研發(fā)的高效相變材料及熱池具有高儲能密度、無毒、安全、穩(wěn)定等特點(diǎn)，最終在眾多儲能設(shè)備選型中勝出。
賀邁新能源科技有限公司為該項(xiàng)目提供了21臺高效儲能熱池和智能控制系統(tǒng)，夜間谷電時(shí)段使用電鍋爐為建筑供熱的同時(shí)為熱池充熱，白天非谷電時(shí)段熱池提供熱量為建筑供暖，基本上可利用廉價(jià)清潔的谷電滿足建筑全天供暖；賀邁智能控制系統(tǒng)可根據(jù)供暖需求自動調(diào)節(jié)，進(jìn)一步減少能源浪費(fèi)。
▍北京市首個(gè)高效相變蓄熱供暖合同能源管理項(xiàng)目
該項(xiàng)目旨在將園區(qū)辦公樓的供暖方式由燃?xì)忮仩t（化石能源）改造為高效PCM相變?nèi)嵝詿岢毓入娦顭幔ǚ腔茉矗┕┡?，涉及供暖面積4.6萬平方米。
項(xiàng)目采用安興高科自主研發(fā)的高效相變?nèi)嵝詿岢匦顭峒夹g(shù)，相比普通水箱，蓄熱量可增加2至3倍，即相同的供暖面積，水箱體積可縮小2至3倍。
該項(xiàng)目可有效消納“谷電”，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，減小電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，使發(fā)電、用電趨于平衡。
2、應(yīng)用于工業(yè)場景供蒸汽
相變儲熱技術(shù)在工業(yè)蒸汽領(lǐng)域理論上也可應(yīng)用，但在實(shí)際上的應(yīng)用案例極少，經(jīng)濟(jì)性欠佳。
▍蘇州某高溫相變蓄熱項(xiàng)目
江蘇某企業(yè)位于蘇州市工業(yè)園區(qū)內(nèi)，是一家國內(nèi)知名的電子制造企業(yè)，主要生產(chǎn)集成電路板等產(chǎn)品。該企業(yè)生產(chǎn)工藝中要求需大量蒸汽烘干印刷電路板，企業(yè)原先采用一臺容量為360 kW電加熱蒸汽爐，加熱產(chǎn)生120℃蒸汽，經(jīng)熱力管道通到生產(chǎn)線上。由于蒸汽無法儲存，電蒸汽鍋爐一般在白天生產(chǎn)高峰期使用，電費(fèi)成本十分高昂。為降低制造蒸汽成本，在經(jīng)過多種技術(shù)比較后，企業(yè)決定將原來電加熱蒸汽爐改造為高溫相變蓄熱系統(tǒng)，用相變蓄熱方式提供高溫蒸汽。
高溫相變蓄熱系統(tǒng)在谷電時(shí)段將電蒸汽鍋爐產(chǎn)生的熱量儲存在熱庫中，在峰電時(shí)段關(guān)閉電蒸汽鍋爐，釋放熱庫熱量，通過高效換熱器產(chǎn)生穩(wěn)定的120℃的蒸汽，整套系統(tǒng)可穩(wěn)定滿足企業(yè)烘干工藝中末端蒸汽需求，實(shí)現(xiàn)了電量和負(fù)荷的“移峰填谷”。
雙碳目標(biāo)下，作為儲能技術(shù)的一個(gè)重要分支，電蓄熱市場也將迎來更廣闊的市場空間。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，到2030年，全球蓄熱市場規(guī)模將擴(kuò)大三倍以上，在未來10年，蓄熱裝機(jī)容量將增長到800GWh以上。在可再生能源消納、清潔供熱、工業(yè)蒸汽、電力輔助服務(wù)、綜合能源服務(wù)等多個(gè)市場的推動下，各類蓄熱技術(shù)將持續(xù)發(fā)展，市場化逐步成熟。在選擇合適的儲熱技術(shù)路線時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場景和條件，綜合考量，擇優(yōu)選擇。
