金合能源复合相变储热技术及其在清洁蓄热调峰中的应用
发布者:xylona | 来源:中国清洁供热平台 | 0评论 | 310查看 | 2019-09-06 17:57:40    

中国清洁供热平台报道:“经过调研发现,当前气、热、油田、电都是分别独立设计的系统,需要有一种合理方式协调这些能源间的运行,实现峰谷差的协调、提升设备的利用率。而通过蓄热的方式,恰好能够改善电网负荷,协调冷、热、电多种能源资源,同时也能够提升新能源消纳的能力、提升核电机组的灵活运用。”江苏金合能源科技有限公司(简称“金合能源”)研发中心主任金翼在8月29~30日于北京举办的2019首届中国清洁供热蓄热论坛上作主题发言时如是表示。


金翼表示,储热技术也有不同的技术路线,固体和水是非常成熟的显热储热技术,目前也有大量的商业应用,化学储热是高能量密度的储热技术,但是商业应用还较为前端,金合能源希望发展高性能,同时又具有比较好商业前景的储热技术,因此将相变储热提上了日程,在2016年正式将其复合相变蓄热产品应用于清洁供暖项目,截止2018年底建成装机近200兆瓦,今年亦有一百多兆瓦的项目正在实施。


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图:金翼在会上发言


相变蓄热的优势和需解决的问题


储热材料众多,金合能源为何要选择相变材料?关于这一问题,金翼解释道,储热供暖项目针对的是用户端,通常在城市负荷中心的用户,对占地也有一定的要求,因此需要一种储能密度高、体积小、温度输出平稳的储热技术,而相变储热就是这样的一种技术。


相变储热材料在一定温度范围内相态会发生变化,相变过程中材料自身的温度几乎维持不变,形成一个较宽的温度平台,且吸收或释放的潜热较大,可高效满足供热需求。通过前期的积累,金合能源已经形成了数十种蓄热材料的一系列配方。


但是相变材料使用中也需要注意一些问题,金翼表示,固液相变材料,在使用中,会出现液态相变材料泄露的问题,为了解决相变储热材料的易泄露和强腐蚀的问题,就需要采用封装方式。目前微表面的封装、管状、板状等封装技术路线已经被应用于相变储热材料。探寻包覆效果好,且成本低廉的封装方法也成为相变储热技术的发展重点。


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图:相变材料的多种封装方法


为了降低材料封装成本,同时改善相变材料自身的导热性能,金合能源采用了复合相变储热技术,以耐高温的无机材料为载体骨架,利用载体的微结构对相变材料进行镶嵌包裹,并在依据应用需求添加导热性能增强材料,改善导热性能,所研发的这种复合相变材料结构具有储热密度高、体积变化小、机械强度高、使用寿命长、导热性能好的特点。金翼表示,这种结构已经得到了比较高的认可,基于这个材料结构申请的国家重点研发计划也获得了批准,金合能源也作为课题牵头单位参与项目的研发工作。


为实现复合相变储热材料的工业化制备,金合能源针对材料混合粒径、成型压力和烧结温度等方面开展了研究,确定了最终储热模块的制备工艺方案,建立了年产量近万吨的块状材料生产线。据金翼介绍,这一块状材料即便是高温状熔融态下依然保持块状式,在熔化状态下仍然可以承受极高压力。


电蓄热在调峰和清洁供暖市场的应用


金翼认为,在众多储热技术中,不一定有最好的储热技术,但一定有最合适的储热技术,需要关心的是储热材料的储热密度,或者在相同质量下、相同体积下储热的性能。基于金合能源高储能密度的复合相变材料电蓄热产品能够利用低谷电、弃风电、弃光电等电能,通过电热转换实现能量存储应用,可用于北方地区清洁供热以及火电机组灵活性改造和深度调峰,可实现热水,导热油,高温蒸汽和热空气等多种热源的输出,满足工业和民用的用能需求。


针对用户侧清洁供暖,金翼表示,因为蓄热装置体积小、可以在用户侧进行比较灵活的部署,目前金合能源在清洁供暖领域已经建设多个项目。


此外,在用户侧一端,通过“互联网+”技术可以将分布式能源系统通过信息与电网的调峰相适应,从而实现用户侧的虚拟调峰。在电锅炉终端侧,每个锅炉配备一个数据采集设备,数据采集设备直接和电锅炉的控制系统连接,实时将电锅炉的数据采集上行,并负责将下发的指令发送到电锅炉中去,实现对电锅炉的控制。通过配合调峰需求指令,建立起分布式锅炉的用户侧调峰方案,并实现增量调峰。


金翼表示,以往调峰往往是压缩火电机组出力,这样对火电机组自身的运行不利,再次出力的时候爬坡和能耗也非常高,但采用增量调峰即可以保障电网安全运行,同时也可确保火电机组的高效运行。


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图:金合能源相变蓄热产品清洁供热部分项目案例


针对电源侧蓄热调峰,在电源侧/用户侧布置高能量密度的相变蓄热电锅炉,根据电网调度指令实时投切,将热电机组调峰的电负荷转化为热能储存,并依据用户的需求将热能(热水,蒸汽等方式)输出。这一方案无需对原有机组进行改造,投切方案灵活性高,只是需要增加一定的占地,但高密度的储热技术实际对占地需求较少。


此外,为进一步适应不同应用场景的市场需求,当前,金合能源电蓄热产品正在向大容量复合相变储能技术、高电压大功率直热技术、自动化智能控制技术等几个方向作重点突破。


金翼表示,容量和功率是电储热装置的两个重要参数,减少高电压转化过程和线路上的能量损失,也是装置整体节能的关键。目前金合能源产品可以做到35千伏电压直接接入,单体功率可以达到10兆瓦,整体综合可达到几十兆瓦。


在自动化控制方面,金合能源装置完全可以实现无人职守,2017和2018年所有的工程项目可以实现手机APP的监控。一方面是为业主节省了运营的成本,可以远程为业主提供指导,另外,这一系统将来还可以实现快速反应,及时吸收电网的富余电力,促进电力消纳。

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