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1、电热相变储能热水热风联供装置与系统简介广东工业大学材料与能源研究所 一， 原理：把电网谷期的电力，通过电热元件将电能转变为热（冷）能后，利用盛张在储能换热器内的相变材料，使其在相变时吸收大量的潜热并保持温度恒定不变而储存起来，待需要时再把热（冷）能释放出来产生热水和热风供用户采暖、热水供应和工业干燥用。工作原理示意图如下： 电源线 相变材料、电热元件、 流体通道 50-95热水或 50-450热风出口 泵与风机 保温层 常温冷水或 冷风进口电热相变储能热水热风联供装置与系统原理示意图相变蓄热装置的关键技术包括高蓄能密度、长期性能稳定和性价比良好的相变储能材料和效率高、体积小、寿命长和成本适宜的
2、储能换热装置。二， 相变储能材料和装置性能1， 材料和装置性能：所研制和使用的相变储能材料，其储能密度可以高达2500MJ/m3以上，无毒、无刺激；经长期热循环10年内其储热性能的衰减小于20% ，利用这种新型相变材料开发的装置和系统，热效率可达9097，没有任何环境污染，使用寿命可达10年以上。装置的先进性还在于它的体积小，仅为电热热水蓄能装置体积的10-15%左右，为寸土寸金的城市节省大量的土地投资。而成本却小于或与电热热水蓄能装置相当。2，用途和回收期装置可产生100以下的常压热水和50400的常压热风，可以热水热风独供，也可以热水热风联供。适于应用在已实行峰谷电价政策的地区，用于采暖、
3、生活和工业干燥。对已经实现峰谷电价的企事业单位，应用电热相变储能热水热风联供装置（锅炉）和系统，可取得相当明显的经济效益，设备投资的净回收期仅为 1.02.5 年。3，技术成熟性这种新型相变材料和电热相变储能热水热风联供装置和系统技术是成熟的，从实验室到小试和中试，已经研究试验有15年以上的时间，实验室和小试成果已获中国科学院科技进步二等奖，工程性中试成果又于2002年11月通过由广东省科技厅主持，由中国科技大学、华南理工大学和中国科学院工程热物理研究所的三位工程院院士担任正副主任的鉴定委员会的鉴定，达到国际先进水平。2007年中试成果又获广东省自然科学二等奖。直至目前（2011年4月），21
4、kW 的电热相变储能热水热风联供系统和7.6 kW的电热相变储能系统已安全可靠（非连续）运行了8年。4，几种应用形式电热常压相变蓄能装置，可以利用下夜8小时的电力加热装置内的高储能密度元件，之后便可以全天供应所需的热水、热空气和开水。其容量可以根据需要设计和制造，对于只考虑供应热水的100200 kWh容量的电热蓄能锅炉可以： 供应温升为热水吨，另100200公斤开水；热效率为 90以上；可供60120床位的中小招待所旅馆和企事业单位用，以代替现有使用峰期电力功率为的电热水器；两相比较，设备成本不增加，但按谷期电费计，投资回收期小于1.5年。可发展单户家用采暖和供热水系统。可用于大型蓄能热水和
5、热风供暖和热水供应，功率为60、120、500、1200、2000，5000k的装置和系统，如下是由广东工业大学材料与能源研究所开发的1400和300的电热储能热水热风供暖装置（锅炉）的技术指标： 表1 1400kW 电热储能热水热风供暖装置技术指标比较*电热热水蓄能供暖装置（全蓄热）电热相变蓄能供暖装置全蓄热）国内企业产品广东工业大学（相变）产品供暖热指标 W/ m27070供暖建筑面积 m265506550加热功率 kW14001400日供暖总热量kWh1100411004体积，米3450m3（含蓄热水罐）50m3以下总重量，公斤400吨（含蓄热水罐）50吨热效率%9598%96.5%投资
6、 ￥121万元102万元备注样本数据*参考数据表-1 300kW 电热储能热水热风供暖装置技术指标比较*电热热水蓄能供暖装置（全蓄热）电热相变蓄能供暖装置（全蓄热）国内各企业产品广东工业大学（相变）产品供暖建筑面积 m211001100供暖热指标 W/m27070加热功率 kW297297体积，米338m3（含蓄热水罐）6.8m3以下总重量，公斤40吨（含蓄热水罐）9吨系统效率%9598%9598%投资 ￥50万元38万元备注样本数据参考数据* 以上两种不同容量装置24小时的供暖面积的大小取决于供暖热指标的选择，1100m2 是取北京地区70W/ m2 而决定的，但实际上北京的宾馆取50W/m
7、2 也就很足够了，按此计算，供暖面积就变成9170和1540m2 ；另外相变装置还包括生活热水供应。电热相变储能热水热风联供装置（锅炉）和系统照片电热相变储能热水热风联供装置（常压锅炉）和系统电热相变储能热风和热水热风联供两套系统 装置和系统的供热和计算机监控设备经济效益和市场前景 电力是清洁而方便的能源，较高的电价是制约用户广泛使用的主要因素，但是，从国家电力系统的利益来说，严重的峰谷负荷差必须调整，否则不仅影响整个系统的效率，也必然增加电力建设的投资，比之建设蓄能电站来，在用户侧量大面广地采用蓄能装置和产品是最为经济的，人们把这称为无须工程投资的蓄能电站。在这方面，电热相变储能供热装置与电
8、热蓄水储能供热装置是电热蓄能两种主要应用形式，相变蓄能明显优于蓄水储能，但前者一直没有成熟的相变材料和相变储能技术可以实行大规模的工程应用，因此，本成果的重要意义就在于提供了这种材料和技术。环境保护和国家出台的全国性峰谷电价政策，为本成果提供了巨大的市场和经济效益。每年国家电力公司要把1000多万千瓦高峰负荷转到低谷，所以，在北京、武汉、成都等大片地区谷期电价仅为峰期电价的25%，广东为35。仅北京为2008年奥运会采用清洁能源，预计未来几年在这方面的投资每年将有100亿元人民币，四环线以内有8000台燃煤锅炉需要改造，去年只改造了900台，目前，北京供电局每年下达的电采暖指标是每年300万平
9、方米，如果采用蓄能产品，可调电力负荷30万千瓦，如果为增加电力供应而投资电厂或修建蓄能电站，就将增加投资3050亿元人民币。估计北京到2005年将有60万千瓦需用蓄能产品来调节。此外北京电采暖面积2015年将达到5000万平方米；“三北”地区的采暖市场每年有180亿元人民币左右，如果按50热化率计算，电采暖的目标市场每年将达9000万平方米，约90亿元人民币。本成果是应运而生，20032004年，在北京每年平均推广按30万m2计，则年产值可达1亿元以上，毛利约5000万元；35年后，产值将达到45亿元以上，为国家节省电力投资5070亿元，加上其它地区的采暖市场，其经济效益将更为明显。本装置不仅
10、改变了相变储能技术目前在工程上难于成熟应用的状况，具有较大的科学意义，而且是利国，为环保和大力推行峰谷电价政策有了先进的技术；利民，群众可以真正使用上廉价的谷期清洁电力。应用的范围和条件本装置适于应用在已实行峰谷电价政策的地区，用于采暖、生活和工业；由于它体积小，技术先进，必将逐步代替目前应用的电热蓄热水装置。因为峰谷电价政策必将在全国实行，又加上使用清洁能源的环保要求，所以，推广应用本成果的前景十分光明。广东工业大学材料与能源研究所开发的不同容量和系列的产品HXRF系列电热相变储能热风装置性能参数表 参数型号输 入电 量kWh热效率 %供热量kWh供热功 率kW进风温 度 出 风温 度 输
11、入功 率 kW输入电 压V装置体 积 m3供热面 积 m2RF30030091.5274.511.42020045012.5*33802.85163RF40040092.537015.42020045016.7*33803.36220RF50050093.646819.52020045020.8*33803.84278RF75075094.871129.62020045031.3*33804.92423RF1000100095.495439.82020045041.7*33805.93567RF1250125095.7119649.82020045052.1*33806.89712RF1500
12、150096.1144260.02020045062.5*33807.79858RF1750175096.3168570.02020045072.9*33808.671003RF2000200096.6193280.52020045083.3*33809.521150RF2250225096.8217890.82020045093.8*338010.361296RF2500250096.9242310120200450104.2*338011.171441RF2750275097.0266811120200450114.6*338011.971587RF3000300097.129131212
13、0200450125*338012.761733RF3250325097.2315913220200450135.4*338013.541880RF3500350097.4340914220200450145.8*338014.32029RF3750375097.5365615220200450156.3*338015.062176RF4000400097.5390016320200450166.7*338015.812321RF4250425097.6414817320200450177.1*338016.552469RF4500450097.6439218320200450187.5*338017.282614RF4750475097.6463619320200450197.9*33801
