基于弃风或低谷电加热的固体电蓄热蒸汽装置研究

李迪 王闯

【摘  要】弃风或低谷电加热的固体电蓄热蒸汽装置，是利用弃风或低谷电加热并储存能量，通过换热器将热量传递到水中，生成蒸汽以满足供暖及夏季制冷的要求。与同类系统相比，本装置利用弃风或低谷电加热，可以全部消纳弃风电，实现了大规模和超大规模城市区域 24 小时连续供热能力，替代目前广泛使用的燃煤、燃气、燃油锅炉。该装置的使用过程中没有任何废气、废水、废渣产生，实现了二氧化碳零排放，是供热领域环保升级换代产品。分析其经济性及环保效益，结果表明，项目的经济效益可观，环保效益非常显著。

【关键词】弃风;低谷电;固体电蓄热;蒸汽

0引言

近年来我国新能源得到了持续快速发展，同时，部分地区的弃风日益严重，尤其是我国“三北”地区，由于燃煤热电比例高，调峰电源建设条件差，冬季供暖期调峰困难，弃风问题严重，电力系统的新能源消纳能力成为制约我国可再生能源发展的关键因素。因此，提高电能占终端能源消费比重、提高电占煤炭消费比重成为了我国能源发展的重中之重。

蒸汽在我国工业产业和生活中占据着重要的地位，利用蒸汽进行加热、加湿，利用蒸汽与溴化锂机组进行酒店、商场等场所的夏季制冷，或在医院等利用蒸汽进行清洗、杀菌等作用。

1技术原理

固体电蓄热蒸汽装置利用弃风或低谷电加热并储存能量，通过换热器将热量传递到水中，生成蒸汽以满足供暖及制冷等要求。

10kV高压电源经由高压电缆进入10kV高压配电室进线计量柜、10kV馈出柜、10kV接触器柜。固体电热蓄能装置由蓄热体、电加热丝组、保温层组成蓄热单元、蓄热体由蓄热砖砌筑而成，在砖孔中铺设电加热丝组，蓄热体周围包裹着保温层，两者之间缝隙为高温风道、低温风道。所述蒸汽换热机组由换热机组、水泵机组、蒸汽再热辅助系统、控制系统组成供热单元。

蒸汽再热系统包括热风管束、蒸汽发生器、压力传感器、安全阀、混风机、引风机。当蓄热体放热到一定程度时，蒸汽换热器不足以将循环水升温至可溢出高温高压蒸汽，此时启动蒸汽再热辅助系统，高温循环风经由热风管束直接对蒸汽发生器中的循环水进行加热。

2设备优势

基于弃风或低谷电的固体电蓄热蒸汽装置是固体电蓄热装置应用的延伸，与同类型蒸汽发生器相比，它具有以下优势：①环境优势。由于采用电加热储能，在系统工作的整个过程中不对环境产生污染，实现了真正意义上的“电能代替”，是解决北方雾霾天气的有效途径之一。②改造成本低。供热系统的末端管网，即用户侧供热管网与燃煤锅炉相同，不需要额外进行改造，可最大限度地降低建设成本。③占地面积小，建设灵活。与燃煤供热需要大面积的储煤场相比，固体电蓄热设备占地面积小，而且可根据负荷的分布实现容量与位置的灵活布置。④电网友好型。采用弃风弃光电或低谷电加热并进行储热，有效地转移了盈余的峰谷电力，对于提高地区可再生能源消纳能力，降低弃风弃光率具有显著作用。⑤负荷稳定可调。一般工业蒸汽用户对蒸汽参数的稳定性及可控性要求较高，其他储热技术难以实现。固体电蓄热供热系统采用风作为传热蓄热介质，可以根据用户侧负荷需求灵活控制风量，从而实现输出负荷稳定可调的目的，这是其他蒸汽技术无法比拟的[1]。

3应用前景

3.1供暖和工业供热

首先，在北方采暖季，燃煤供暖是造成雾霾的主要因素之一，如何解决雾霾是近年各界关注的问题;其次，工业企业是能源消费大户，能源消费量约占全国能源消费总量的70%，但由于工业用户对蒸汽参数稳定性和可调性的要求，使其他储能技术在工业上很难应用。基于弃风弃光电或低谷电的固体电蓄热系统代替燃煤锅炉进行供暖供热，是缓解北方地区冬季空气污染，实现电能替代和削峰填谷，促进弃风弃光电和低谷电消纳的有效手段。产生的高温蒸汽可以用于工业上制烟、制药等多个产业[2]。

3.2夏季制冷

在炎热的夏季，大型的酒店、宾馆、商场等场所都需要空调制冷，利用蒸汽与溴化锂机组相结合，在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。溴化锂吸收式制冷機主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化;随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器;水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水;当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的;在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在系统中增加了一个换热器，让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器的温度。

以溴化锂水溶液为工质，有以下有点：无臭、无毒、无害，有利于满足环保要求;制冷范围调节广;对外界条件变化的适应性强;制冷剂在真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠。

4结论

本文提出的弃风弃光或低谷电加热的固体电蓄热蒸汽装置，替代传统燃煤机组来产生蒸汽以供居民生活供暖及工业生产用。无需消耗新的能源，不产生烟尘、SO2 和 NOx 等污染物，从而改善了环境空气质量，不产生温室气体 CO2，从而降低温室效应，具有可观的环境效益。

参考文献：

[1] 许杰.北京郊区“煤改电”的现状以及建议推动的工作方向[J].暖通空调，2015（E12）：20-22.

[2] 孙勇，严干贵，郑太一，封科等.电力市场背景下蓄热式电采暖消纳弃风的经济性分析[J].储能科学与技术，2016，5（04）：532-538.

（作者单位：沈阳兰昊新能源科技有限公司）