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我国中 低温段高分子复合材料相变蓄热技术 暨综合 应用系统取得重大突破

浏览次数: 日期:2018年8月8日 13:20

提高能 源利用效率和改善生态环境质量是我国确定的节能减排总目标。华创能 源集团股份有限公司在国家政策引导和政府有关部门指导下,自2012年起汇 集业内顶级专家历时五年持续攻关,研发成 功中低温段高分子复合材料相变蓄热技术及配套的多能互 补集中供能系统并量产,标志着电能替代、相变储能、高效运 行的核心技术取得实质性突破,该成果 对于促进储能产业发展、加快实 现节能减排目标具有重要意义。

一、基本情况

华创能 源集团股份有限公司是集“投资、规划、装备、建设、运营”于一体 的清洁能源供热(冷)综合服务商,始终坚 持以解决民生冷暖需求为目标,以环境保护为己任,追求社 会效益和环境效益,致力于 打造美丽中国的碧水蓝天。公司积 极响应国家号召,按照“聚焦一点突破、贯通整个链路、辐射全员社会”基本思路,全力探 索实践电能替代的最优技术与方案路径。

聚焦一点突破,就是聚 焦影响制约电能替代的核心技术求突破。电能替 代的根本目的是节能减排、防治大气污染,主要对象是以电代煤、以电代油,重点领域是供暖制冷、交通生产,落实关键是降低成本、提高效益,核心制 约是高端技术和工艺流程。为此,专家组 确定把瞄准点和突破点放在难度最大、效率最高、代表行 业技术制高点的中低温段固液态相变蓄热技术上,经过五 年反复研究论证、设计攻关、开发验证和模拟测试,终于取得突破性进展。研发成 功的中低温段高分子复合材料相变蓄热技术具有独特的化学结构,能够充 分利用多种化学材料混合后的物态相变(固液态、液固态)过程中 产生的能量吸收和释放(大量潜热)特性调控温度。蓄热材 料装入真空不锈钢材质的圆柱体外壳内,构成蓄热单元体;若干单 元体组合排布在特制的箱体(or容器)内,外置保温材料,构成一个蓄热模块,储能单 元体和模块可根据规模需求组装。通过运行实践,该技术 成果实现了三大突破:一是突 破了与热泵系统对接的根本性难题。热泵是 一种利用电能把不能直接利用的低品位热源转换为可满足供热需求的高品位热源节能装置,从而达 到替代传统热源形式(如燃煤,燃油,燃气,电锅炉等)的目的。传统储 能技术无法与热泵系统对接,华能相 变蓄热技术在反复试验改进工艺基础上,可以搭 配各种成熟的热泵系统。如供暖系统,颠覆了 传统的供暖方式,不用煤、不占地、无排放、费用低,具有清洁、舒适、节能、环保、控制简洁等优点。二是突破了使用“低谷电”高效转 化和大容量储能问题。“低谷电”是用电 高峰阶段过后的用电,时间一般为晚23:00 至次日早7:00,电价通 常为高峰期一半左右。该技术 可将热泵系统的高效和谷期电价完美结合,发挥单 位体积蓄热量大优势,在低谷 电时段将电能转换成热能储存起来,大幅降低了运营成本,真正使 电能替代切实可行,实现了 清洁能源的实质应用。三是突 破了相变蓄热系统循环稳定和持续安全运行问题。利用该技术,相变温度40℃~70℃任意调整,系统经过8000次以上 的相变蓄热放热循环测试,蓄放热能力衰减在3%以内,放热转换效率在95%以上。热泵工 况下单位体积蓄热能力是水的20 倍以上,相当于 水蓄热所需体积的5%,性能安全稳定、使用寿命长、占地面 积小等特点突出。

贯通整个链路,就是打 通清洁能源供给从上游到下游整条链路。清洁能 源热冷供给是复杂的系统工程。华创在 取得相变蓄热技术突破的同时,强化“互联网+”智慧能源理念,自主研发了“多能互 补集中供能系统”。该系统由能源站、能源管 网和能源用户三大部分组成,力求多 种清洁能源集成,在保障 用户用热冷效果基础上,因地制 宜确定能源方案,以达到 能源效率利用最大化。该系统 与传统系统相比,有四个独特优势。一是更加安全可靠。系统一网多源,可配置 多种形式的热源,互为备用且配有余量,保障居民用热安全。二是更加生态环保。系统通过能源站、能源管 网和能源用户全链条的节能环保系统,最大限 度利用可再生能源和低谷电,实现了 整个供热系统的生态和环保。三是更加充分用电。利用独创的储能系统,充分利 用低谷电移峰填谷,结合国 家电网给予的特殊的低谷电价和各项优惠的电力配套政策,加上储 能系统和热泵储水的搭配,形成了 前所未有的低运行成本。四是更加精确可控。通过能 源智能管控系统合理调整各热源比例,可显著降低运行费用、提高供热效率,更好地 控制系统整体投资。

辐射全员社会,就是尽 快把创新技术成果拓展到社会各个领域。雾霾现 象和环保问题已成为各级重视、人人关 注的重要社会问题,加快推 进节约资源和环境治理是基本国策、也是各 行业的重要使命和责任担当。中低温 相变蓄热技术和配套系列成果是适应供给侧结构性改革的产物,能够实 现企业完全市场化运作,能够为 政府节省巨额财政支出,能够确 保终端用户的供暖费只降低不提高,华创有 责任把这项涉及民生、惠及大众、服务社 会的工程落实好,为人民 群众健康和经济社会可持续发展做出应有贡献。

二、综合效益

结合研 用实践分析该技术成果的前沿水平、应用范围、产业体系和发展前景,感到潜力巨大、影响深远,其综合 效益和深层价值主要体现在四个方面。

(一)经济效益突出。电能替 代其关键在于谷期电价政策,要在谷 期电时段内完成全天候供热冷,蓄能是重中之重。华创中 低温段相变蓄热技术全部使用垃圾谷电、以污水余热为热源、无化石燃料消耗,可以在 谷期电时段储存全天候所需的热能。以济南市为例,电能替 代政策谷期电价0.25元/kwh,空气源热泵(各类热 泵系统中效率最差、但应用范围最广)电转热效率为2.5,结合华 创相变蓄热系统后,则能源成本(电费)为0.1元/kwh,是目前 燃煤锅炉供热能源成本(煤炭)的60%、燃气三联供能源成本(天然气)的30%。该系统 虽然初期投资略高,因其能耗成本低,按照当 前北方大部分区域采暖价格,其投资 综合收益率远高于其它供热方式,从而使“煤改电”有很大的经济账可算,能有效 缓解地方政府财政压力,降低有关方面费用,助推清 洁能源实现充分利用。

(二)社会效益显著。华创中 低温段相变蓄热技术在改善供热格局,提高供 热能效和系统的稳定性,降低供 热需求端成本方面发挥重要作用。作为支 撑该技术成果全面落地的“多能互 补集中供能系统”,具有较 好的节能示范社会效益和重要的治霾环保示范意义。项目实 施可同时实现节煤、减少二 氧化碳排放和二氧化硫排放、增加供 热面积等多个目标,节能减 排效果更加明显,实现对 区域生态品质的有效提升,充分体现生态、和谐、环保、减排的生态社会理念。

(三)产业效益深化。国家发展改革委、国家能 源局会同财政部、科技部、工业和 信息化部共同颁布的《关于促 进储能技术与产业发展的指导意见》明确:“十三五”期间,研发一 批重大关键技术与核心装备,主要储 能技术达到国际先进水平。华创中 低温段相变蓄热技术完全适应了这一规划要求,对于促 进储能技术与产业深化发展,构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系,推进我 国能源行业供给侧改革、推动能 源生产和利用方式变革具有重要意义,同时还 将带动从材料制备到系统集成全产业链发展,成为提 升产业发展水平、推动经 济社会发展的新动能。

(四)融合效益拓展。华创中 低温段相变蓄热技术能够搭配江、河、湖、海、污水、土壤、空气源 等各种成熟热泵系统的特性,极大地 拓宽了适用范围,也为提 升这个领域军民融合质量提供了重要支撑。“多能互 补集中供能系统”对现有 集中供暖难以到达的地区或农村,可以因 地制宜推行空气源、地源等热泵供暖,目前已 完成试验并开始商业运营。该技术 成果完全可以延伸拓展到部队使用,特别是对国际维和、边海防 部队及驻高原高寒地区部队的营区和哨所等,能够提 供高品质高效能服务,更好地 促进该领域军民融合发展战略与创新驱动发展战略实现有机结合。

三、几点建议

华创中低温段高分子复合材料相变蓄热技术和多能互 补集中供能系统等系列成果,率先实现了《关于促 进储能技术与产业发展的指导意见 》明确的“十三五”期间关 于研发储能重大关键技术与核心装备的目标,并完成 了储能由研发示范向商业化初期过渡。下一步,希望在 三个方面得到关心和支持。一是加 大宣传引导力度。一方面,进一步 加强储能技术与产业发展相关政策宣传,不断增 强人民群众和各行业的节能环保、低碳消费意识,切实认 清加快推进储能技术与产业发展战略的重要性和紧迫性,为深化 储能和电能替代事业营造良好舆论环境;另一方面,引导各级鼓励家庭、园区、区域等 不同层次的终端用户,互补利 用各类能源和蓄能资源,实现多 能协同和能源综合梯级利用,着力实 现经济和社会效益最大化。二是加 大资金扶持力度。国家明 确了对符合条件的储能企业可按规定享受相关税收优惠政策,将储能纳入智能电网、能源装 备制造等专项资金重点支持方向,电、热生产 企业和用户投资建设蓄热式电锅炉,提供调峰服务的,应获得合理补偿收益;结合电力体制改革,研究推 动储能参与电力市场交易获得合理补偿的政策和建立与电力市场化运营服务相配套的储能服务补偿机制。并要求 各地方政府根据自身实际情况,有效利 用大气污染防治专项资金等资金渠道,通过奖励、补贴等方式,对符合 条件的电能替代项目、电能替 代技术研发予以支持。建议在 按规定完善措施、推动落实的同时,对于新 研发成功的重大关键技术和装备,在全面 推开商业运营阶段,出台相关配套政策,给予必要资金扶持,确保各 项技术成果高效落地。三是加 大产品推广力度。充分发挥财政(专项、基金)作用,通过中 央和地方基建投资实施先进储能示范工程,引导社 会资本加快相变储热材料与高温储热技术、储能系 统集成技术等的推广应用。鼓励和 支持具备条件的地区、部门和企业,因地制 宜开展各类储能技术应用试点示范,在技术创新、运营模式、发展业 态和体制机制等方面先行先试探索,总结积 累可推广的成功经验。加大对 具有自主知识产权、具备产 业化基础的中低温段高分子复合材料相变蓄热技术应用推广,加快形 成较为完整的产业体系。

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