儲電式城市集中冷熱聯供裝置

關鍵詞：儲電蓄熱電網調峰集中冷熱聯供節能減排綠色環保

摘    要：儲電式城市集中冷熱聯供裝置突破大規模低成本動態蓄冰蓄熱技術瓶頸，突破大容量低成本低投入高效率儲電技術瓶頸。它既能蓄積天然冷/熱能，也能儲電蓄熱發電，把蓄冰、蓄熱、儲電、供冷、供熱、蓄水、發電高效率地結合在一起，一舉多得，節能減排，減少環境污染，電網削峰填谷。

儲電設施主要有化學電池、物理蓄能。目前我國的化學儲能技術主要為鈉硫電池、鋰離子電池、鉛酸電池和全釩液流電池。但這些儲能技術多數都有弊端：鈉硫電池運行溫度高達300℃，運行便捷性與安全性系數不太高;鉛酸電池污染大;鋰電池也發生過燃燒、爆炸等事故，還有散熱、儲電容量、使用壽命方面的缺陷;全釩液流電池最有發展前途，但目前最大容量只能做到兆瓦級。物理儲能技術方面，壓縮空氣儲能由于限制較多容量小、應用少;目前國家規劃的大容量儲電設施都是抽水儲能電站，它投資成本大于4000元每千瓦，還有占地和環境問題。

目前的城市集中冷熱聯供裝置主要包括蒸汽鍋爐、管道系統、放熱器或溴化鋰吸收制冷裝置/中央空調，必須大量消耗化石能源、產生溫室氣體二氧化碳、不能利用自然環境中夏季的熱能和冬季的冷量。

目前的節能高效示范技術地源熱泵中央空調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，其裝機容量可以低于常規冷水機組10-20%;配套設備功率降低20%左右。在夏季運行時COP(能效比)達5.2-6.0，冬季制熱效率COP為4.2-5.0。根據上述優勢，地源熱泵機組在夏季比常規制冷機組節約運行費用20%，冬季比電、油鍋爐節約費用70%，比集中供熱節約50% ，比燃氣鍋爐、風源熱泵機組節約費用40%。如冬夏運行均按120天計算，采用地源熱泵技術，全年空調電費為平均每天每平方米0.085元。而采用常規能源的耗能量統計如下：(1)冬季集中供暖收費標準為：0.165元/天·平米(2)夏季采用傳統水冷機組中央空調，平均電費：0.12元/天·平米。由此可見，采用地源熱泵技術，每一萬平米住宅建筑每年可節約電量，折合標準煤100噸。但地源熱泵中央空調裝置嚴重受限于目前中國大陸地下水資源短缺，不能大規模應用。

地下水庫中1m3冰能穩定提供0°C的冷量約相當于-10°C環境溫度下100kwh的冷量;1m3水也能穩定提供0°C的熱量約相當于10°C環境溫度下100kwh的熱量。儲電式城市集中冷熱聯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，無需制冷機組不耗電，只需少量運行費用;儲電式城市集中冷熱聯供裝置冬天采用熱泵機組變地下水庫中的水為冰制熱能提供高于40°C的暖氣。儲電式城市集中冷熱聯供裝置與目前的城市集中冷熱聯供裝置/傳統中央空調比較，在中國北方，以住宅為例，一個空調/供冷供暖年度，節省運行費用約21.6元/年·平米，節省標準煤約19.9kg /年·平米，減少CO2排放約53kg /年·平米;儲電式城市集中冷熱聯供裝置主體單位投資約48元/平米住宅，一次投入長期受益。儲電式城市集中冷熱聯供裝置每投資1元，可節省發電、輸配電、儲電設施、空調機、集中供暖氣裝置投資約2元，節省運行費用約0.45元/年，節省標準煤約0.41kg /年，減少CO2排放約1.1kg /年。如果以投資2000億近似于一個三峽水庫計算，則可以節省發電、輸配電、儲電設施、空調機、集中供暖氣裝置投資約4000億元，節省運行費用約900億元/年，節省標準煤約0.82億噸 /年，減少CO2排放約2.2億噸/年。該項目的廣泛實施將能為中國節省標準煤約5億噸/年，減少CO2排放約13.4億噸/年。

儲電式城市集中冷熱聯供裝置采用動態蓄冰裝置突破大規模低成本蓄冰蓄熱水技術瓶頸，單位蓄冰體積投資約120元/m3冰。

儲電式城市集中冷熱聯供裝置突破低成本低投入大容量高效率儲電技術瓶頸，是高效率大容量儲電的好途徑。1°C水所儲存的電能相當于抽水蓄能電站同體積水100米高程所儲存的電能，1°C水所儲存的熱能相當于抽水蓄能電站同體積水400米高程所儲存的電能所直接產生的熱能，儲電式城市集中冷熱聯供裝置冷季通過熱泵蓄熱直接為城市供暖是最高效的儲電用電/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，儲電式城市集中冷熱聯供裝置儲電為熱再發電效率可以大于100%，大幅提高風電、太陽能發電等隨機性新能源發電峰值利用效率，大幅拓展風電、太陽能發電等隨機性新能源發電的發展空間。因為高效率共用地下水庫和蓄熱換熱設備，而且水的熱能比勢能能量密度更高，每千瓦儲電投入不到抽水蓄能電站投資的四分之一，而且沒有環境問題;因為配套采用新型動態天然蓄冰裝置實現超大規模低成本蓄冰蓄熱，而且與城市夏季供冷冬季供暖相結合，儲電式城市集中冷熱聯供裝置具有非常好的經濟效益，綜合投資回收期僅約3年。儲電式城市集中冷熱聯供裝置還具有非常巨大的社會效益：首先夏季電網削峰效果非常顯著，顯著提高電網運行效率，優化電網結構，可大幅節省為應對城市尖峰負荷---主要是制冷機負荷----而用于發電、輸配電和電源后備容量建設的大量低效率投資;還節省能源、減少環境污染、減少溫室氣體排放、夏天供冷同時發電、也有利于余熱廢熱供暖發電綜合利用等。

儲電式城市集中冷熱聯供裝置采用氨液汽分離管道系統突破大規模遠距離高速低成本冷熱量輸送技術瓶頸。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，可以遠距離低成本大規模建設氨液汽輸送管道，這樣，儲電式城市集中冷熱聯供裝置適用范圍可以擴展到華中、華東、西南，甚至于華南、香港;結合地形及海拔高差來規劃氨液遠距離重力輸送管道可以實現低運行費用，氨液汽管道可以聯網高效運行;氨液汽管道循環工質氨的總充注量約163kg/ Mw. km。

儲電式城市集中冷熱聯供裝置包含地下水庫、動態蓄冰裝置、管道系統和終端裝置。該儲電式城市集中冷熱聯供裝置蓄水、發電、供冷、供熱一舉多得。與目前的蒸汽鍋爐式城市集中冷熱聯供裝置比較，該儲電式城市集中冷熱聯供裝置不僅不消耗化石能源、不產生溫室氣體二氧化碳，還能蓄水供水，能充分利用自然環境中夏季的熱能和冬季的冷量來為城市供熱、供冷、發電。與目前的高效節能示范技術地源熱泵中央空調裝置比較，該儲電式城市集中冷熱聯供裝置為環境友好型綠色技術，不占用資源，同樣運行穩定不受當時氣溫限制，也不受地下水資源短缺限制，還能儲電。與抽水蓄能電站比較，由于能蓄積天然冷/熱能加以利用，儲電為熱再發電效率可以大于100%;因為高效率共用地下水庫和蓄熱換熱設備，每千瓦儲電投入不到抽水蓄能電站投資的四分之一，而且沒有環境問題;儲電式城市集中冷熱聯供裝置冷季通過熱泵蓄熱直接為城市供暖是最高效的儲電用電/城市供暖方式，蓄電為熱效率大于400%;儲電式城市集中冷熱聯供裝置夏季還能直接為城市供冷。

儲電式城市集中冷熱聯供裝置所應用的都是成熟的通用技術、通用設備、通用材料，按照目前中國的技術水平及制造業現狀，實施沒有困難。特別值得大力研究、發展、推廣。

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