分布式蓄熱供熱與液體動(dòng)力加熱器

1、分布式蓄熱供熱與液體動(dòng)力加熱器分布式蓄熱供熱與液體動(dòng)力加熱器8/8分布式蓄熱供熱與液體動(dòng)力加熱器分布式蓄熱供熱及液體動(dòng)力加熱器 -電力需求側(cè)管理的現(xiàn)場(chǎng)解決方案電力摘要：采用分布式電蓄熱供熱可以在電網(wǎng)現(xiàn)有構(gòu)架下實(shí)現(xiàn)平谷作用，同時(shí)還可以幫助燃?xì)夤芫W(wǎng)實(shí)現(xiàn)削峰，能夠優(yōu)化城市能源系 統(tǒng)，減少輸送環(huán)節(jié)損耗。采用“火箭魚雷”技術(shù)的液體動(dòng)力加 熱器，可以將化學(xué)水、水泵等被簡(jiǎn)化，形成系統(tǒng)上的優(yōu)化，再結(jié) 合蓄熱水箱，能夠建立一種簡(jiǎn)便易行的分布式電蓄熱供熱系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：分布式供熱；蓄熱供熱；液體動(dòng)力加熱器；空化技術(shù)1 分布式的發(fā)展趨勢(shì)燃?xì)夤I(yè)隨著液化天然氣技術(shù)的發(fā)展，提出發(fā)展分 布式燃?xì)夤芫W(wǎng)，使燃?xì)庀到y(tǒng)投資更低、效

2、率更高、更加 安全；熱力公司隨著天然氣和分布式能源技術(shù)的發(fā)展， 也提出熱損更小的分布式熱網(wǎng)方案，可以有效減少熱力 輸送中間環(huán)節(jié)的消耗；美加大停電之后，德國科學(xué)家研 究分析后正式提出，建設(shè)分布式電網(wǎng)可以有效解決電網(wǎng) 安全問題。分布式可以擴(kuò)大能量溫度的利用范圍，進(jìn)行 “溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”，特別是低品位能量的利用；可 減少中間環(huán)節(jié)的浪費(fèi)，減少電力、熱力的輸送損失“，在 現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換能源，在現(xiàn)場(chǎng)利用能源，在現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化能源”。分布式能源不僅包括能源梯級(jí)利用系統(tǒng)、資源綜合 利用系統(tǒng)和可再生能源，還含括了能夠優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的 蓄能技術(shù)。不僅包括冰蓄冷、水蓄冷、飛輪儲(chǔ)能、電池 儲(chǔ)能和壓差儲(chǔ)能，也包括了蓄熱技術(shù)。將蓄

3、熱和現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn) 換能源技術(shù)結(jié)合，利用分布在需求側(cè)的設(shè)施，靠電網(wǎng)的 低谷電力來供應(yīng)用戶的熱力需求，同時(shí)優(yōu)化電力供需結(jié) 構(gòu)，將是電力需求側(cè)管理今后需要認(rèn)真關(guān)注的一項(xiàng)主要技術(shù)。分布式技術(shù)的發(fā)展一方面對(duì)系統(tǒng)的信息化提出了新 的要求，現(xiàn)場(chǎng)不能有人值守，通過智能化控制系統(tǒng)，或 者網(wǎng)絡(luò)化遙控系統(tǒng)對(duì)分布在需求側(cè)的能源設(shè)備進(jìn)行控求，能源轉(zhuǎn)換設(shè)備例如發(fā)電、余熱回收、制冷供熱和蓄能；可以實(shí)現(xiàn)多模塊并聯(lián)。模塊化組合可以更加機(jī) 動(dòng)靈活，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求建立系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)投資、使 用效率和系統(tǒng)可靠性的最優(yōu)化。目前，集中供熱存在著巨大的浪費(fèi)，很多時(shí)候建筑 物內(nèi)空無一人卻在供熱，一些建筑供熱量大于實(shí)際需 要。此外，集中供熱中間輸送

4、環(huán)節(jié)平均消耗10%20% 的能量。對(duì)于天然氣和電力這些高品位能源應(yīng)盡快采取“ 精確供熱 ”和“靈活供熱”,按需、按時(shí)、按量供熱， 采取靈活的供熱調(diào)節(jié)技術(shù)和熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)，這就是分布 式供熱。2 液體動(dòng)力加熱技術(shù)液體動(dòng)力加熱技術(shù)是一種利用流體力學(xué)原理加熱的 新型現(xiàn)場(chǎng)換熱技術(shù)，利用該技術(shù)，前蘇聯(lián)發(fā)明了著名的 “火箭魚雷”。該技術(shù)利用流體力學(xué)原理，利用動(dòng)能將水 相變?yōu)樾馀?，將氣泡環(huán)繞雷體減少水中阻力，并使體 積膨脹的氣泡水推進(jìn)魚雷。烏克蘭人發(fā)現(xiàn)在氣泡噴射過 程中會(huì)產(chǎn)生“空化現(xiàn)象”，能夠產(chǎn)生水分子撞擊，實(shí)現(xiàn) 水溫度的上升，而且熱能轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到 95%，由于 “空化”作用破壞了水中易結(jié)垢的物質(zhì)成分和

5、結(jié)垢條件， 水中的雜質(zhì)不會(huì)因?yàn)樗肿由郎囟奂Y(jié)垢，更不會(huì)因釋是液體在動(dòng)能下高速流經(jīng)“空化發(fā)生器”，在其內(nèi)部表面產(chǎn)生接近真空狀態(tài)的負(fù)壓，使液體達(dá)到沸點(diǎn)而產(chǎn)生 大量微小氣泡，在周圍水壓作用下，氣泡經(jīng)過碰撞，內(nèi) 部急遽爆裂，形成水分子摩擦，從而釋放出巨大能量而 使液體變熱升溫。烏克蘭利用這一技術(shù)制造了液體動(dòng)力加熱器，不僅 具有很高的熱能轉(zhuǎn)換效率，而且由于運(yùn)行沒有壓力、水 不結(jié)垢、系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠的特性，故可以更加安全方便地 使用。工藝說明見圖1。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)模塊化組合，體 積小、占地省，具有非常好的適用性。1.電機(jī)和水泵；2.容器；3.熱能發(fā)生器；4.電控箱；5.底架；6.減振座 圖中字母：K代表球型

6、閥門；代表傳感器； P 代表軟管；K代表安全閥門。我國哈爾濱飛機(jī)制造公司及時(shí)引進(jìn)這一技術(shù)，已經(jīng)形成批量化生產(chǎn)，并在大慶和勝利油田、中央國家機(jī)關(guān) 采購中心、首鋼、北京陶然亭和玉淵潭公園、中石化加 油站等多個(gè)項(xiàng)目中使用，運(yùn)行效果良好。這種新型采暖 供熱技術(shù)已被國家科技部定為國家級(jí)“火炬計(jì)劃”項(xiàng)目。目前，在需求側(cè)管理中，電蓄熱供暖主要采用電鍋 爐。電鍋爐對(duì)水質(zhì)要求比較嚴(yán)格，因安全原因電鍋爐一 般不能太靠近需求現(xiàn)場(chǎng)，造成中間輸送環(huán)節(jié)的損耗增 加，影響經(jīng)濟(jì)性；另外需配置化學(xué)水系統(tǒng)、水泵和系統(tǒng) 自控等，系統(tǒng)的綜合造價(jià)比較大；對(duì)場(chǎng)地和供電容量有 較大的要求，增加電網(wǎng)配電投資。液體動(dòng)力加熱技術(shù)可以較好的解決電

7、鍋爐存在的問 題。液體動(dòng)力加熱器由于對(duì)水質(zhì)沒有要求，節(jié)省了化學(xué) 水處理系統(tǒng)，減少了相關(guān)投資和場(chǎng)地，免除了維護(hù)負(fù)擔(dān)； 液體動(dòng)力加熱器內(nèi)部主要構(gòu)件是一個(gè)空化器，在供熱中 可以利用空化器的動(dòng)能進(jìn)行水系統(tǒng)循環(huán)，不需要專門配 備水泵；結(jié)合一個(gè)蓄熱水箱就可以實(shí)現(xiàn)蓄熱供暖，在使用上可以根據(jù)回水溫度變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使用者可將這些系統(tǒng)直接安裝在建筑物的設(shè)備間或設(shè)備層，實(shí)現(xiàn)分 散蓄能、分散供暖，使按熱量核算變得更加可行；最關(guān) 鍵的是該設(shè)備不是壓力容器，盡管空化器制造水壓形成 空化現(xiàn)象，但空化之后立即恢復(fù)常壓，不存在爆炸的可 能性，方便了需求側(cè)的使用。液體動(dòng)力加熱器不僅可以加熱水，而且可以加熱高 溫導(dǎo)熱油，溫度能

8、夠達(dá)到170，傳熱速度極快，可以 應(yīng)用在多種特定場(chǎng)合；甚至可以直接加熱柴油，這對(duì)于 高寒地區(qū)的油料保障系統(tǒng)具有非常大的意義。該技術(shù)還可以及可再生能源系統(tǒng)配套使用，太陽 能、地源熱泵等可再生能源存在的普遍問題是品位比較 低，有的還存在間歇性問題，需要一種補(bǔ)償手段。例如 太陽能熱水器在冬季北方地區(qū)溫度只能達(dá)到4050， 能夠滿足采暖需要，但是夜間由于日照問題無法繼續(xù)采 暖，如果利用夜間低谷電力和蓄能系統(tǒng)，就可以很好解 決能量供應(yīng)的平衡問題，在陰天太陽能無法工作狀態(tài)下 還可以保障系統(tǒng)運(yùn)行。地源熱泵作為建筑采暖溫度偏 低，如果提高溫度可能影響效率，所以采用液體動(dòng)力加 熱器作為補(bǔ)溫手段，不僅可以提高溫度

9、，而且可以將地 源熱泵作為基本負(fù)荷熱源，蓄熱加熱作為調(diào)峰負(fù)荷熱 源，從而降低設(shè)備初投資規(guī)模，具有更理想的經(jīng)濟(jì)性。3 技術(shù)應(yīng)用探討采暖是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，主要影響建筑單位采暖量 的因素來自環(huán)境溫度的變化、建筑的使用用途和供暖系 統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性、建筑保溫等，實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)的系統(tǒng)采 暖，才能既節(jié)能，又舒適。目前，哈爾濱飛機(jī)制造公司能夠生產(chǎn)三種不同容量 的設(shè)備，分別為 15kW、22kW 和 45kW 的模塊，并準(zhǔn)備 進(jìn)一步開發(fā)容量更小的模塊（表1）。這些模塊可以獨(dú)立 使用，也可以多模塊組合使用?？梢越Y(jié)合蓄熱水箱蓄熱 運(yùn)行，也可以直接連接熱網(wǎng)或熱水系統(tǒng)運(yùn)行，使用比較 靈活。用電采暖技術(shù)應(yīng)首先考慮利用夜間低

10、谷電力蓄熱技術(shù)，應(yīng)該將低谷的8小時(shí)的電能作為蓄能基本負(fù)荷。當(dāng) 環(huán)境溫度極限變化造成建筑尖峰采暖負(fù)荷變化，蓄熱供 暖能力不足時(shí)，再用平峰時(shí)段的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣可 以實(shí)現(xiàn)充分節(jié)能，優(yōu)化電力系統(tǒng)的供電結(jié)構(gòu)，對(duì)電網(wǎng)、 電廠和用戶都實(shí)現(xiàn)供需優(yōu)化。由于液體動(dòng)力加熱器對(duì)于水質(zhì)沒有特殊要求，也沒 有壓力，水箱系統(tǒng)可以比較簡(jiǎn)單，只需要進(jìn)行必要的保 溫即可。在設(shè)計(jì)中如果采用蓄熱水箱，就需要配備溫控 循環(huán)泵系統(tǒng)。如果采用多套模塊串連設(shè)計(jì)，也可以不使 用水泵而只接液體動(dòng)力加熱器自身動(dòng)力進(jìn)行循環(huán)。如果可以按照建筑實(shí)際利用時(shí)間采暖，一臺(tái)45kW 模塊8小時(shí)的蓄熱量在一般情況下可以滿足800900m2 辦公室采暖，500

11、600m2住宅采暖，700m2商業(yè)設(shè)施的 采暖。一般蓄熱水箱可以滿足熱力需求峰谷變化的調(diào) 節(jié)，如若出現(xiàn)極端溫度天氣，可以利用平峰電力進(jìn)行適 當(dāng)?shù)难a(bǔ)充（表2）。在一些建筑中可以采用低平兩個(gè)時(shí)段電力供暖，這樣蓄熱損耗可以有所下降，供暖能力和供暖面積都可以 翻番。這一方法可以減少初投資，運(yùn)營(yíng)得當(dāng)也可以節(jié)省 采暖費(fèi)用，但沒有全蓄熱方式經(jīng)濟(jì)。采用高平兩段方式， 可以有更大的調(diào)節(jié)能力，能夠根據(jù)環(huán)境溫度的季節(jié)變化 周期進(jìn)行調(diào)節(jié)（表3）。建筑室內(nèi)暖通設(shè)備的換熱能力必須滿足建筑設(shè)計(jì)指標(biāo)，并不意味熱源系統(tǒng)按照這一指標(biāo)簡(jiǎn)單疊加，關(guān)鍵是 根據(jù)實(shí)際狀況選擇技術(shù)方案。例如采用分時(shí)供熱的辦公室，早 8 點(diǎn)上班時(shí)室內(nèi)供暖量可

12、能需要 60W/m2，9 點(diǎn)時(shí)由于室內(nèi)已經(jīng)加熱，計(jì)算機(jī)和人流熱量也上升，采暖 需求可能降到 45W/m2；10點(diǎn)鐘由于日照因素，環(huán)境氣 溫上升，單位采暖量繼續(xù)下降到 2030W/m2；中午12 點(diǎn)人們就餐，供暖水平可以維持在 1020W/m2；下午4點(diǎn)以后由于環(huán)境溫度下降，供暖量需要逐漸增加直到 下班之前。而下班以后，只需要維持室內(nèi)5，保持供 暖管道不結(jié)凍。如果建筑節(jié)能結(jié)構(gòu)好，利用余熱可以維 持到第二天早晨，這樣9小時(shí)平均需要的熱量在3040W/m2 左右。商業(yè)建筑及人流關(guān)系更大，人越多采暖 負(fù)荷越小。北京機(jī)場(chǎng)盡管是高棚頂和玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，實(shí) 際每平方米的采暖需求也只有 40W/m2。北京首鋼集

13、團(tuán)特鋼公司已經(jīng)在多個(gè)建筑上采用液體 動(dòng)力加熱器，其中一個(gè)項(xiàng)目是由兩個(gè)辦公建筑組成，建 筑是6070年代建成，墻體沒有保溫措施，窗戶是單層 玻璃，密封很差，一個(gè) 3600m2，一個(gè) 800m2，合計(jì) 4400 m2。使用 3 臺(tái) 45kW 機(jī)組直供，每平方米 29W。2004 年12月16日小雪天氣，晝間室外環(huán)境溫度03，實(shí)際 運(yùn)行兩臺(tái)機(jī)組，折合 19.3W/m2。室內(nèi)溫度超過 16。 三臺(tái)機(jī)組中1號(hào)機(jī)組作為系統(tǒng)基本負(fù)荷運(yùn)行125天，每 天24小時(shí)，合計(jì)3000 小時(shí)；2號(hào)機(jī)組只在上班時(shí)間運(yùn) 行，運(yùn)行 86 天，每天 9 小時(shí)，合計(jì) 778 小時(shí)；3號(hào)機(jī)組 只在最冷的時(shí)間調(diào)節(jié)運(yùn)行，預(yù)計(jì)每年運(yùn)行2

14、9天，每天9 小時(shí)，合計(jì)259 小時(shí)。總共預(yù)計(jì)耗電226677kWh，按0.5 元 /kWh 內(nèi)部工業(yè)電價(jià)合計(jì)，每年采暖費(fèi)用113338.5元，單位平米采暖費(fèi)為25.76元/季，比采用 天然氣集中采暖節(jié)省18660元/年。實(shí)際上該系統(tǒng)還可 以采取蓄能運(yùn)行，基本上兩套機(jī)組就可以滿足運(yùn)行要 求，如果有低谷電，經(jīng)濟(jì)性更加理想。在北京低谷電0.2元/kWh 的條件下，對(duì)于建筑節(jié) 能結(jié)構(gòu)比較好的項(xiàng)目，特別是可以分時(shí)調(diào)節(jié)供暖的用戶， 其經(jīng)濟(jì)性非常好。采暖費(fèi)用大大低于北京天然氣集中供 熱的民用建筑采暖 30 元 /m2/ 季、商業(yè)建筑 35 元 /m2 季的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，甚至低于燃煤熱電廠的采暖費(fèi)用。無論 從節(jié)

15、能角度還是環(huán)保角度，都具有更加理想的優(yōu)勢(shì)。中石化北京西翠路加油站900m2建筑面積，采用了 一臺(tái) 45kW液體動(dòng)力加熱器和一個(gè) 4m3 保溫水箱，組成 一個(gè)蓄熱式采暖系統(tǒng)。加油站在夜間利用低谷電力蓄熱 運(yùn)行，將水箱加溫到90。白天使用這些熱水供暖，當(dāng) 天氣過冷時(shí)啟動(dòng)加熱器在白天補(bǔ)償部分能量，其能源費(fèi)用明顯降低（表4）。表5的條件是采用低、平兩段電價(jià)的分時(shí)調(diào)節(jié)供暖 用戶的采暖費(fèi)，計(jì)算表明成本不會(huì)超過采用天然氣的每 平方米 30 元的集中供熱收費(fèi)。下表還說明用戶可以將 平峰電力作為一種供熱尖峰調(diào)節(jié)手段，如果蓄熱供熱量 不能滿足需求時(shí)，可以利用部分價(jià)格高一些的平峰電力 作為調(diào)節(jié)手段，經(jīng)濟(jì)性依然可以承

16、受。對(duì)于采用低谷電價(jià)但不能分時(shí)調(diào)節(jié)供暖用戶，即便 住在節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)比較低的建筑內(nèi)，按照北京市的采暖規(guī)范 要求，其采暖費(fèi)也基本及采用天然氣集中供熱用戶的采 暖費(fèi)基本相當(dāng)（表6）。除了采暖以外，利用低谷電力生產(chǎn)生活熱水也是一 個(gè)重要的用途。生活熱水長(zhǎng)年使用，需求比較穩(wěn)定，而 且分散，對(duì)于電網(wǎng)不會(huì)增加大規(guī)模的投資。1個(gè) 45kW 模塊低谷蓄熱8小時(shí)的熱量可以滿足250300人的淋 浴，這一技術(shù)在學(xué)校和工廠的澡堂使用非常方便簡(jiǎn)單， 也可以安裝在有衛(wèi)生熱水供應(yīng)的其他建筑之內(nèi)（表7）。除了衛(wèi)生熱水，在游泳池使用也非常方便，一般游泳池每天平均損失2左 右，可以根據(jù)情況選擇不同的機(jī)組配置。 對(duì)于不能申請(qǐng)低谷電的游泳池可以采取 連續(xù)供熱，如果能夠可以申請(qǐng)到低谷電 力，可以直接利用水池蓄熱，在夜間將水 溫提高；也可以采用低谷和平峰兩段，因 為在夏季游泳池散熱量比較小，大約半 年利用低谷蓄熱，半年低平