儲能式電采暖技術
——集中供熱的有效補充方式

徐嘉一，李占新

（陜西省節能中心，西安 710003）

儲能式電采暖技術的工作原理是，利用夜間低谷電將電能以熱能的形式儲存在儲能設備中，在白天或電力峰期提取釋放出來。儲能式電采暖技術的應用既可實現對電網的削峰填谷，利用棄風棄光電量，提高電網整體能源利用率，又可調整城市能源結構，改善環境[1]。

1 我國儲能式電采暖技術和產品現狀

目前，國內市場上儲能式電采暖技術產品主要有儲能式電暖器、儲能式電鍋爐。

1.1 儲能式電暖器

利用電力公司提供的夜間低谷電價，將耐高溫的電發熱元件通電發熱，加熱特制的蓄熱磚，最高可達750℃左右，再用耐高溫、低導熱的保溫材料保存儲存的熱量，按照需要調節釋放速度，慢慢地將儲存的熱量釋放出來。典型的運行方式為：夜間儲熱6～8 h， 24 h 供暖。

1.2 儲能式電鍋爐

儲能式電鍋爐又被稱為自儲能電鍋爐和蓄熱式電鍋爐，可廣泛用于民用和工業：可作為熱源，滿足面積50 m2以上的各類建筑物供暖、供熱水需求；可配套供熱站、熱電站使用，或根據需要設立低谷電儲熱供熱站，定制分布式熱源系統；可以作為風力、光伏等間歇式能源發電機組的儲能設備和輔助設備，將電能轉換成熱能存儲到高溫固體儲熱裝置或熱水池里，為用戶供熱；可以和水蓄冷機組、冰蓄冷機組、中央空調系統結合，完成整棟建筑供暖與制冷系統的配套，形成新型樓宇冷熱源系統。

1.2.1 水蓄熱電采暖設備

水蓄熱電采暖設備以水為儲熱介質，使熱能以熱水形式儲存在水箱中，儲能容量由儲水箱的容積決定。其分為常壓和帶壓兩種。由于水的儲能密度較小，大容量儲能需要較大體積的水箱，造成系統占地面較大，其更適合應用于地價便宜的中小城鎮集中供暖系統中。這種方式原理簡單、清潔、投資費用低，系統穩定，但系統熱效率較低，一般在80%～85%。水的溫度發生連續變化，若不采用自控技術難以實現穩定的溫度控制。

1.2.2 固體蓄熱電采暖設備

固體蓄熱電采暖設備以固體蓄熱材料（如氧化鎂鐵磚）為儲熱介質，利用夜間低谷電，通過加熱電發熱元件將固體蓄熱材料加熱，使熱能以顯熱的形式儲存在固體蓄熱材料中，再通過熱風或高溫水將熱量傳遞出來，將熱量在非低谷電時段或者全天24 h 按需要釋放。其儲熱溫度高，最高可加熱到750℃，占地面積小，蓄熱量大，輸出功率穩定和溫度恒定，蓄熱率可以超過85%，但部分電加熱原件壽命較短。

1.2.3 相變材料蓄熱電采暖設備

相變材料蓄熱電采暖設備以固液相變材料（如水合無機鹽、無機鹽及其共融混合物）為儲熱介質，利用“固、液”變化吸收或釋放的相變熱進行蓄熱。谷電時段，電鍋爐工作加熱循環水，通過循環泵把熱水中的熱量帶入儲熱設備，為其充熱。如果夜間末端需要供熱，直接運行二次側，所需熱量由電鍋爐直接提供。非谷電時段，循環泵工作，帶出儲熱設備中的熱量，通過板換把熱量換到二次側，為末端供暖。這種方式蓄熱密度高，儲熱量大，裝置體積小，蓄熱率可達95%，但初投資較高，需考慮腐蝕、老化等問題，其更適合應用于辦公大樓、商業大廈及賓館酒店的供暖系統。

儲能式電采暖供暖系統包括供熱端和用熱端，通過板換實現兩端換熱。供熱端（一次側）主要包括電鍋爐、儲能設備、循環泵（一次泵）等，用熱端（二次側）主要包括二次泵、用熱末端（暖氣片、地暖），或與熱泵、風機盤管結合使用。

幾種儲能式電鍋爐供暖系統性能比較如表1所示，由此可以得出以下結論：相變儲熱技術的供熱溫度、儲熱容量、儲熱密度都較高，但初投資和運行成本較高；固體儲熱和水儲熱技術成熟簡單，相比相變儲熱，初投資較低，可以根據具體地址條件、資源情況進行合理選擇。

表1 儲能式電鍋爐供暖系統性能比較

2 應用實例與分析

本文列舉幾個儲能式電鍋爐作為集中供熱補充方式的典型案例。

2.1 水蓄熱電采暖案例

新疆某鎮政府，項目總面積12 000 m2，包括政府、派出所、幼兒園、醫院，原采用燃煤鍋爐采暖。該項目采用5 臺200 kW 電鍋爐配243 m3蓄熱水箱（9m×9 m×3 m），系統整體由PLC 控制，不需要人工值守。設計采暖室溫16～18℃，主供暖時間10:00-20:00，輔助供暖時間20:00 至次日10:00，建筑物內低負荷保溫供暖。23:00 至次日9:00 低谷電時段，鍋爐邊用蓄熱水箱蓄熱，邊向建筑進行低負荷供暖，其他時段鍋爐不需電加熱，由蓄熱水箱向建筑供暖。投資成本為120 元/m2，采暖期180 d，2017年冬季運行至今，運行費用13～16 元/m2。其中，集中式電供暖電價為：平段在0.18 元/（kW·h），谷段（23:00至次日9:00，14:00-16:00）在0.09 元/（kW·h）。

2.2 固體蓄熱電采暖案例

吉林省長春市某公司，建筑面積8 000 m2，采用兩臺200 kW 全自動常壓固體蓄熱電鍋爐供暖（每臺蓄熱鍋爐可蓄熱720 MJ/h），設計采暖室溫18±2℃，蓄熱固體模塊溫度在700℃左右，最低回水溫度30℃。主供暖時間8:00-18:00（供暖指標 40 W/（m2·h）），輔助供暖時間18:00 至次日8:00（供暖指標8 W/（m2·h）），建筑物內低負荷保溫供暖。21:00 至次日7:00 低谷電時段，鍋爐邊用蓄熱模塊蓄熱，邊向建筑進行低負荷供暖，其他時段鍋爐不需電加熱，由蓄熱裝置向建筑供暖。投資成本為150 元/m2，采暖天數168 d，采暖期運行費用為17～20 元/m2（10 kV 及以上谷電（21:00至次日7:00），電價為0.28元/（kW·h）， 長春非居民供暖為31 元/m2）。

2.3 相變材料蓄熱電采暖案例

天津某商場寫字樓項目，由于燃氣供暖無法通過環評、市政初始投資大等原因，綜合評價后采用相變儲能供暖系統。寫字樓建筑面積約6.4 萬m2，供暖面積8.75 萬m2，供暖時間121 d（11月15日至次年3月15日），投資成本105 元/m2，使用熱庫105 臺（儲能量650 MJ/臺），3 000 kW 電鍋爐3 臺，谷電時段（23:00 至次日7:00）維持空間防凍保溫供暖的同時對熱庫充熱，供暖時間8:00-17.00，其余時間防凍運行，個別幾段天氣采用平電補充。項目從2015年11月運行至今，運行成本11～16 元/m2，市政供暖與相變儲能供暖系統運行費用對比如圖1所示（天津非民用供暖40 元/m2，谷電電價0.468 3 元/（kW·h）。每年，相變儲能供暖運行費用比市政供暖運行費用節省60%～70%。

圖1 天津某商場寫字樓項目市政供暖與相變儲能 供暖系統運行費用對比

通過以上案例可以看到，儲能式電采暖技術在供暖用煤鍋爐替代、市政管網無法到達、燃氣安裝受限、城中村供暖改造等情況下，作為熱電聯產集中供熱和大型鍋爐房集中供熱的有效補充方式，適用于辦公樓、商場、寫字樓、綜合體、居民住宅、醫院、學校和工廠等場所。

3 結語

儲能式電采暖技術是一種分布式供暖技術，可以對一個單體建筑、一個工廠或一個小區進行獨立實施，對基礎設施依賴小，無需市政和天然氣管網。儲能式電采暖是沒有任何污染的清潔采暖方式，但從用能的角度講，用電采暖是不經濟的，因為電是二次能源，已經經過一次轉換，再將電能轉換為熱能，再次發生轉換損失，用能效率下降。因此，在使用儲能式電采暖技術作為熱電聯產集中供熱方式和大型鍋爐房集中供熱方式的有效補充方式時，應綜合考慮經濟性、環保、當地電價政策、補貼政策等因素，根據具體地址條件、資源情況進行合理選擇[2-3]。