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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
2、 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储能换热装置。 二， 相变储能
3、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90～97，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50～400℃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、
4、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 1.0～2.5 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
5、年4月），21kW 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100～200 kWh容量的电热蓄能锅炉可以： 供应温升为４０℃热水２～４吨，另100～200公斤开水； 热效率为 90以上％；可供60～120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３ｋＷ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
6、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热风供暖和热水供应，功率为60、120、500、1200、2000，5000kＷ…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300ｋＷ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/ m2 70 70 供暖建筑面积 m2 6550 6550 加热功率 kW 1400 1400
7、 日供暖总热量kWh 11004 11004 体积，米3 450m3（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% 95～98% 96.5% 投资 ￥ 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 m2 1100 1100 供暖热指标 W/m2 70 70 加热功率 kW 297 297 体积，米3
8、 38m3（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% 95～98% 95～98% 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/m2 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
9、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
10、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30－50亿元人民币。估计北京到2005年将有60万千瓦需用蓄能产品来调
11、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，2003～2004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；3～5年后，产值将达到4～5亿元以上，为国家节省电力投资50～70亿元，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
12、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 HX—RF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 入 功 率 kW 输入电 压 V 装置
13、体 积 m3 供热面 积 m2 RF300 300 91.5 274.5 11.4 20 200~450 12.5*3 380 2.85 163 RF400 400 92.5 370 15.4 20 200~450 16.7*3 380 3.36 220 RF500 500 93.6 468 19.5 20 200~450 20.8*3 380 3.84 278 RF750 750 94.8 711 29.6 20 200~450 31.3*3 380 4.92 423 RF1000 1000
14、 95.4 954 39.8 20 200~450 41.7*3 380 5.93 567 RF1250 1250 95.7 1196 49.8 20 200~450 52.1*3 380 6.89 712 RF1500 1500 96.1 1442 60.0 20 200~450 62.5*3 380 7.79 858 RF1750 1750 96.3 1685 70.0 20 200~450 72.9*3 380 8.67 1003 RF2000 2000 96.6 1932 80.5 20
15、200~450 83.3*3 380 9.52 1150 RF2250 2250 96.8 2178 90.8 20 200~450 93.8*3 380 10.36 1296 RF2500 2500 96.9 2423 101 20 200~450 104.2*3 380 11.17 1441 RF2750 2750 97.0 2668 111 20 200~450 114.6*3 380 11.97 1587 RF3000 3000 97.1 2913 121 20 200~450 125*3 38
16、0 12.76 1733 RF3250 3250 97.2 3159 132 20 200~450 135.4*3 380 13.54 1880 RF3500 3500 97.4 3409 142 20 200~450 145.8*3 380 14.3 2029 RF3750 3750 97.5 3656 152 20 200~450 156.3*3 380 15.06 2176 RF4000 4000 97.5 3900 163 20 200~450 166.7*3 380 15.81 2321 R
17、F4250 4250 97.6 4148 173 20 200~450 177.1*3 380 16.55 2469 RF4500 4500 97.6 4392 183 20 200~450 187.5*3 380 17.28 2614 RF4750 4750 97.6 4636 193 20 200~450 197.9*3 380 18.01 2759 RF5000 5000 97.7 4885 204 20 200~450 208.3*3 380 18.72 2907 RF5500 5500 97.
18、7 5374 224 20 200~450 229.2*3 380 20.15 3198 RF6000 6000 97.8 5868 245 20 200~450 250*3 380 21.56 3492 RF6500 6500 97.8 6357 265 20 200~450 270.8*3 380 22.95 3783 RF7000 7000 97.9 6853 286 20 200~450 291.7*3 380 24.34 4079 RF7500 7500 97.9 7342 306 20
19、200~450 312.5*3 380 25.7 4370 RF8000 8000 98.0 7840 327 20 200~450 333.3*3 380 27.05 4666 RF8500 8500 98.0 8330 347 20 200~450 354.2*3 380 28.38 4958 RF9000 9000 98.1 8829 368 20 200~450 375*3 380 29.72 5255 RF9500 9500 98.1 9320 388 20 200~450 395.8*3 3
20、80 31.03 5547 RF10000 10000 98.2 9820 409 20 200~450 416.7*3 380 32.34 5845 RF11000 11000 98.3 10813 450 20 200~450 458.3*3 380 34.92 6436 RF12000 12000 98.4 11808 492 20 200~450 500*3 380 37.49 7028 1.该装置采取全蓄热方式运行，即蓄热时间为8小时，供热时间为24小时（含8小时直接供热时间）； 2.供热功率为按24小时计平均
21、功率； 3.输入功率为按8小时计功率；4.供热面积为按70W/ m2、24小时供热计（实际上只要30－50W/m2,这样，可供暖面积就可增大1－1.5倍）。 HX—RS系列电热相变储能热水装置性能参数表 参数 型号 输 入 电 量 kWh 热效率 % 供 热量 kWh 供热功 率 kW 回水温 度 ℃ 出水温度 ℃ 输 入 功 率 kW 输入电 压 V 装置体 积 m3 供 热 面 积 m2 RS200 200 87.9 175.8 7.3 70 95 8.33*3 380 2.
22、41 105 RS300 300 90.2 270.6 11.3 70 95 12.5*3 380 3.0 161 RS400 400 91.5 366 15.3 70 95 16.7*3 380 3.54 218 RS500 500 92.4 462 19.3 70 95 20.8*3 380 4.03 275 RS750 750 93.8 703.5 29.3 70 95 31.3*3 380 5.18 419 RS1000 1000 94.6 946 39.4 70 95 41.7*
23、3 380 6.24 563 RS1250 1250 95.1 1189 49.5 70 95 52.1*3 380 7.25 708 RS1500 1500 95.5 1433 59.7 70 95 62.5*3 380 8.2 853 RS1750 1750 95.8 1677 69.9 70 95 72.9*3 380 9.1 998 RS2000 2000 96.1 1922 80.1 70 95 83.3*3 380 10.0 1144 RS2250 2250 96.3 2167
24、90.3 70 95 93.8*3 380 10.9 1290 RS2500 2500 96.5 2413 100 70 95 104.2*3 380 11.7 1436 RS2750 2750 96.6 2657 111 70 95 114.6*3 380 12.6 1581 RS3000 3000 96.7 2901 121 70 95 125*3 380 13.4 1727 RS3250 3250 96.8 3146 131 70 95 135.4*3 380 14.2 1873 RS3
25、500 3500 96.9 3392 141 70 95 145.8*3 380 15.1 2019 RS3750 3750 97.0 3638 152 70 95 156.3*3 380 15.8 2165 RS4000 4000 97.1 3884 162 70 95 166.7*3 380 16.6 2312 RS4250 4250 97.1 4127 172 70 95 177.1*3 380 17.4 2456 RS4500 4500 97.2 4374 182 70 95 187.
26、5*3 380 18.2 2603 RS4750 4750 97.2 4617 192 70 95 197.9*3 380 19.0 2748 RS5000 5000 97.3 4865 203 70 95 208.3*3 380 19.7 2896 RS5500 5500 97.4 5357 223 70 95 229.2*3 380 20.7 3189 RS6000 6000 97.5 5850 244 70 95 250*3 380 22.7 3482 RS6500 6500 97.6
27、6344 264 70 95 270.8*3 380 24.1 3776 RS7000 7000 97.7 6839 285 70 95 291.7*3 380 25.6 4070 RS7500 7500 97.7 7327 305 70 95 312.5*3 380 27.1 4362 RS8000 8000 97.8 7824 326 70 95 333.3*3 380 28.5 4657 RS8500 8500 97.8 8313 346 70 95 354.2*3 380 29.9 4
28、948 RS9000 9000 97.9 8811 367 70 95 375*3 380 31.3 5245 RS9500 9500 97.9 9300 387 70 95 395.8*3 380 32.6 5536 RS10000 10000 98.0 9800 408 70 95 416.7*3 380 34.0 5833 RS11000 11000 98.1 10791 450 70 95 458.3*3 380 36.7 6423 RS12000 12000 98.2 11784 491 70 95 500*3 380 39.5 7014 1.该装置采取全蓄热方式运行，即蓄热时间为8小时，供热时间为24小时（含8小时直接供热时间）； 2.供热功率为按24小时计平均功率； 3.输入功率为按8小时计功率； 4.供热面积为按70W/ m2、24小时供热计，（实际上只要30－50W/m2,这样，可供暖面积就可增大1－1.5倍）。 6
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