電蓄熱技術及應用的探討

郭奕

（寧夏煤礦設計研究院有限責任公司，銀川750002）

1 電蓄熱技術

電蓄熱技術是為了解決電能不能大量儲存的缺點，將電能轉化成熱能并利用蓄熱材料進行儲存，以便在需要時使用的技術。電蓄熱技術能充分利用低谷電的價格優勢，削峰填谷，節約運行成本，減少污染物排放，既是能源利用的客觀需要，也是今后發展的必然趨勢[1]。

表1 蓄熱方式對比表

根據蓄熱材料的不同，蓄熱技術主要分為水蓄熱、固體蓄熱、相變蓄熱等。

蓄熱系統按蓄熱方式的不同又分為全量蓄熱和分量蓄熱兩種，全量蓄熱就是利用谷電時段的電價優勢，把全天所需熱量全部蓄存，做到非谷電期不用電。分量蓄熱就是在谷電時段蓄存部分熱量，以盡量減少峰電、平電的使用。

全量蓄熱能很好地利用夜間的低谷電價，能最大限度發揮峰谷電的經濟效益，但所需設備容量大，初投資高，資金回收期長。分量蓄熱設備容量較小，初投資較為合理，但電費成本較高。在實際工程中，在選擇全量或分量蓄熱方式時，要考慮當地的階梯電價因素和項目的實際需要，結合工程造價情況，通過經濟分析和綜合考慮，達到投資和效益的平衡。

2 電蓄熱應用舉例

2.1 項目概況

新疆某礦山生活區電采暖項目的最大小時供熱負荷為2668.6kW，極端天氣下全天最大耗熱量為48035kW。考慮設備初期投資和用電容量等綜合因素，本項目采用分量蓄熱模式。即利用夜間谷電時間段儲存峰電時段全部所需的熱量，做到完全不使用峰電，平電期供熱視氣溫條件采取蓄熱供熱或直熱方式（見表2）。

表2 熱負荷時段及電價統計表

2.2 運行方式

鍋爐根據峰谷電的時段不同，采取的運行模式如下：谷電期0：30～8：30，鍋爐同時運行，供熱和蓄熱同時進行，在滿足谷電期供熱量需求的同時，也使蓄熱體達到額定蓄熱溫度；平電期8：30～10：00，鍋爐全部停運，依靠蓄熱裝置供熱；峰電期10：00～13：00，鍋爐全部停運，依靠蓄熱裝置供熱；平電期13：00～19：30，采用蓄熱裝置供熱，較冷天氣時視蓄熱裝置余熱量開啟電鍋爐為蓄熱裝置補熱，滿足下次峰電期蓄熱要求；峰電期19：30～0：30，鍋爐全部停運，依靠蓄熱裝置供熱。

2.3 系統設計

考慮到礦山地處嚴寒地區，且采用散熱器供暖，為保證供熱效果，供熱熱媒溫度不宜過低。考慮場地限制和節省土建投資等因素，應提高蓄熱裝置的單位熱容量。故蓄熱體采用135℃高溫熱水，二次網供熱熱媒采用70/50℃熱水，有效可利用換熱溫差為60℃，蓄熱容量按滿足最冷天氣條件下峰電期供熱負荷選型。系統的供熱模式可采用邊供邊蓄或全部利用蓄熱裝置供熱，可根據峰谷電不同時段和系統的負荷情況適時作出調整，電鍋爐可在供熱的同時進行蓄熱。

直熱或蓄熱供熱兩種方式采用管路上設置的電動閥門進行切換。蓄熱水罐為逐個放熱，有利于保證連續供熱效果。熱控系統通過采集供回水溫度、壓力、氣溫周期變化等熱工參數，進行變頻控制，通過調節換熱循環泵、采暖循環泵的流量以調整供熱量。

2.4 主要設備

電鍋爐容量按滿足最大供熱負荷選型，選用3 臺1.8MW電鍋爐。蓄熱容量按滿足最冷天氣條件下峰電期供熱負荷選型，蓄熱系統定壓滿足防汽化要求。蓄熱罐采用溫度分層式的蓄熱形式，罐體設計成細長狀，上部出水，下部安裝布水器均勻回水，形成上熱下冷的溫度梯度，以保證使用效果。通過計算，得出所需蓄熱體體積為272m3，蓄熱水罐選用4 臺鋼制圓柱形立式承壓水罐，安裝在室內并采取保溫措施以降低熱損耗。

2.5 經濟分析

項目總投資為975.9 萬元，年運行費用為217.3 萬元。通過綜合對比發現，在同等供熱規模條件下，本方案與電鍋爐直熱方案相比，投資額高190.6 萬元，年運行費用節省194.7 萬元；與全量蓄熱方案相比，投資額低232.5 萬元；年運行費用高22.6 萬元，綜合性價比較高。

階梯電價是影響項目經濟性的決定性因素，必須以此為基礎進行多方案比選來確定蓄熱規模。否則，會出現投資或運行成本經濟性差的情況。