儲(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)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(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置突破大規(guī)模低成本動(dòng)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(chǔ)電技術(shù)瓶頸。它既能蓄積天然冷/熱能，也能儲(chǔ)電蓄熱發(fā)電，把蓄冰、蓄熱、儲(chǔ)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(chǔ)電設(shè)施主要有化學(xué)電池、物理蓄能。目前我國的化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)多數(shù)都有弊端：鈉硫電池運(yùn)行溫度高達(dá)300℃，運(yùn)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(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)方面，壓縮空氣儲(chǔ)能由于限制較多容量小、應(yīng)用少;目前國家規(guī)劃的大容量儲(chǔ)電設(shè)施都是抽水儲(chǔ)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(jī)容量可以低于常規(guī)冷水機(jī)組10-20%;配套設(shè)備功率降低20%左右。在夏季運(yùn)行時(shí)COP(能效比)達(dá)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(jī)組在夏季比常規(guī)制冷機(jī)組節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用20%，冬季比電、油鍋爐節(jié)約費(fèi)用70%，比集中供熱節(jié)約50% ，比燃?xì)忮仩t、風(fēng)源熱泵機(jī)組節(jié)約費(fèi)用40%。如冬夏運(yùn)行均按120天計(jì)算，采用地源熱泵技術(shù)，全年空調(diào)電費(fèi)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(jì)如下：(1)冬季集中供暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為：0.165元/天·平米(2)夏季采用傳統(tǒng)水冷機(jī)組中央空調(diào)，平均電費(fèi)：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(biāo)準(zhǔn)煤100噸。但地源熱泵中央空調(diào)裝置嚴(yán)重受限于目前中國大陸地下水資源短缺，不能大規(guī)模應(yīng)用。

地下水庫中1m3冰能穩(wěn)定提供0°C的冷量約相當(dāng)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(dāng)于10°C環(huán)境溫度下100kwh的熱量。儲(chǔ)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(jī)組不耗電，只需少量運(yùn)行費(fèi)用;儲(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置冬天采用熱泵機(jī)組變地下水庫中的水為冰制熱能提供高于40°C的暖氣。儲(chǔ)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(gè)空調(diào)/供冷供暖年度，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約21.6元/年·平米，節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約19.9kg /年·平米，減少CO2排放約53kg /年·平米;儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)電設(shè)施、空調(diào)機(jī)、集中供暖氣裝置投資約2元，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約0.45元/年，節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)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(gè)三峽水庫計(jì)算，則可以節(jié)省發(fā)電、輸配電、儲(chǔ)電設(shè)施、空調(diào)機(jī)、集中供暖氣裝置投資約4000億元，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約900億元/年，節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約0.82億噸 /年，減少CO2排放約2.2億噸/年。該項(xiàng)目的廣泛實(shí)施將能為中國節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約5億噸/年，減少CO2排放約13.4億噸/年。

儲(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置采用動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)電技術(shù)瓶頸，是高效率大容量儲(chǔ)電的好途徑。1°C水所儲(chǔ)存的電能相當(dāng)于抽水蓄能電站同體積水100米高程所儲(chǔ)存的電能，1°C水所儲(chǔ)存的熱能相當(dāng)于抽水蓄能電站同體積水400米高程所儲(chǔ)存的電能所直接產(chǎn)生的熱能，儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置儲(chǔ)電為熱再發(fā)電效率可以大于100%，大幅提高風(fēng)電、太陽能發(fā)電等隨機(jī)性新能源發(fā)電峰值利用效率，大幅拓展風(fēng)電、太陽能發(fā)電等隨機(jī)性新能源發(fā)電的發(fā)展空間。因?yàn)楦咝使灿玫叵滤畮旌托顭釗Q熱設(shè)備，而且水的熱能比勢能能量密度更高，每千瓦儲(chǔ)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?yàn)榕涮撞捎眯滦蛣?dòng)態(tài)天然蓄冰裝置實(shí)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(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益，綜合投資回收期僅約3年。儲(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置還具有非常巨大的社會(huì)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(yùn)行效率，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可大幅節(jié)省為應(yīng)對城市尖峰負(fù)荷---主要是制冷機(jī)負(fù)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(shí)發(fā)電、也有利于余熱廢熱供暖發(fā)電綜合利用等。

儲(chǔ)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(yuǎn)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(yuǎn)距離低成本大規(guī)模建設(shè)氨液汽輸送管道，這樣，儲(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置適用范圍可以擴(kuò)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(yuǎn)距離重力輸送管道可以實(shí)現(xiàn)低運(yùn)行費(fèi)用，氨液汽管道可以聯(lián)網(wǎng)高效運(yùn)行;氨液汽管道循環(huán)工質(zhì)氨的總充注量約163kg/ Mw. km。

儲(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置包含地下水庫、動(dòng)態(tài)蓄冰裝置、管道系統(tǒng)和終端裝置。該儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(yùn)行穩(wěn)定不受當(dāng)時(shí)氣溫限制，也不受地下水資源短缺限制，還能儲(chǔ)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(chǔ)電為熱再發(fā)電效率可以大于100%;因?yàn)楦咝使灿玫叵滤畮旌托顭釗Q熱設(shè)備，每千瓦儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)電用電/城市供暖方式，蓄電為熱效率大于400%;儲(chǔ)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(chǔ)電式城市集中冷熱聯(lián)供裝置所應(yīng)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(shí)施沒有困難。特別值得大力研究、發(fā)展、推廣。

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