储电式城市集中冷热联供装置

关键词：储电蓄热电网调峰集中冷热联供节能减排绿色环保

摘    要：储电式城市集中冷热联供装置突破大规模低成本动态蓄冰蓄热技术瓶颈，突破大容量低成本低投入高效率储电技术瓶颈。它既能蓄积天然冷/热能，也能储电蓄热发电，把蓄冰、蓄热、储电、供冷、供热、蓄水、发电高效率地结合在一起，一举多得，节能减排，减少环境污染，电网削峰填谷。

储电设施主要有化学电池、物理蓄能。目前我国的化学储能技术主要为钠硫电池、锂离子电池、铅酸电池和全钒液流电池。但这些储能技术多数都有弊端：钠硫电池运行温度高达300℃，运行便捷性与安全性系数不太高;铅酸电池污染大;锂电池也发生过燃烧、爆炸等事故，还有散热、储电容量、使用寿命方面的缺陷;全钒液流电池最有发展前途，但目前最大容量只能做到兆瓦级。物理储能技术方面，压缩空气储能由于限制较多容量小、应用少;目前国家规划的大容量储电设施都是抽水储能电站，它投资成本大于4000元每千瓦，还有占地和环境问题。

目前的城市集中冷热联供装置主要包括蒸汽锅炉、管道系统、放热器或溴化锂吸收制冷装置/中央空调，必须大量消耗化石能源、产生温室气体二氧化碳、不能利用自然环境中夏季的热能和冬季的冷量。

目前的节能高效示范技术地源热泵中央空调装置主要从地下水中提取热/冷量，制冷/热效果因不受气温影响，其装机容量可以低于常规冷水机组10-20%;配套设备功率降低20%左右。在夏季运行时COP(能效比)达5.2-6.0，冬季制热效率COP为4.2-5.0。根据上述优势，地源热泵机组在夏季比常规制冷机组节约运行费用20%，冬季比电、油锅炉节约费用70%，比集中供热节约50% ，比燃气锅炉、风源热泵机组节约费用40%。如冬夏运行均按120天计算，采用地源热泵技术，全年空调电费为平均每天每平方米0.085元。而采用常规能源的耗能量统计如下：(1)冬季集中供暖收费标准为：0.165元/天·平米(2)夏季采用传统水冷机组中央空调，平均电费：0.12元/天·平米。由此可见，采用地源热泵技术，每一万平米住宅建筑每年可节约电量，折合标准煤100吨。但地源热泵中央空调装置严重受限于目前中国大陆地下水资源短缺，不能大规模应用。

地下水库中1m3冰能稳定提供0°C的冷量约相当于-10°C环境温度下100kwh的冷量;1m3水也能稳定提供0°C的热量约相当于10°C环境温度下100kwh的热量。储电式城市集中冷热联供装置夏天变地下水库中的冰为水采用城市终端换热器与空气直接换热能直接提供低于10°C的冷空气，无需制冷机组不耗电，只需少量运行费用;储电式城市集中冷热联供装置冬天采用热泵机组变地下水库中的水为冰制热能提供高于40°C的暖气。储电式城市集中冷热联供装置与目前的城市集中冷热联供装置/传统中央空调比较，在中国北方，以住宅为例，一个空调/供冷供暖年度，节省运行费用约21.6元/年·平米，节省标准煤约19.9kg /年·平米，减少CO2排放约53kg /年·平米;储电式城市集中冷热联供装置主体单位投资约48元/平米住宅，一次投入长期受益。储电式城市集中冷热联供装置每投资1元，可节省发电、输配电、储电设施、空调机、集中供暖气装置投资约2元，节省运行费用约0.45元/年，节省标准煤约0.41kg /年，减少CO2排放约1.1kg /年。如果以投资2000亿近似于一个三峡水库计算，则可以节省发电、输配电、储电设施、空调机、集中供暖气装置投资约4000亿元，节省运行费用约900亿元/年，节省标准煤约0.82亿吨 /年，减少CO2排放约2.2亿吨/年。该项目的广泛实施将能为中国节省标准煤约5亿吨/年，减少CO2排放约13.4亿吨/年。

储电式城市集中冷热联供装置采用动态蓄冰装置突破大规模低成本蓄冰蓄热水技术瓶颈，单位蓄冰体积投资约120元/m3冰。

储电式城市集中冷热联供装置突破低成本低投入大容量高效率储电技术瓶颈，是高效率大容量储电的好途径。1°C水所储存的电能相当于抽水蓄能电站同体积水100米高程所储存的电能，1°C水所储存的热能相当于抽水蓄能电站同体积水400米高程所储存的电能所直接产生的热能，储电式城市集中冷热联供装置冷季通过热泵蓄热直接为城市供暖是最高效的储电用电/城市供暖方式，蓄电为热效率大于400%;由于能蓄积天然冷/热能加以利用，储电式城市集中冷热联供装置储电为热再发电效率可以大于100%，大幅提高风电、太阳能发电等随机性新能源发电峰值利用效率，大幅拓展风电、太阳能发电等随机性新能源发电的发展空间。因为高效率共用地下水库和蓄热换热设备，而且水的热能比势能能量密度更高，每千瓦储电投入不到抽水蓄能电站投资的四分之一，而且没有环境问题;因为配套采用新型动态天然蓄冰装置实现超大规模低成本蓄冰蓄热，而且与城市夏季供冷冬季供暖相结合，储电式城市集中冷热联供装置具有非常好的经济效益，综合投资回收期仅约3年。储电式城市集中冷热联供装置还具有非常巨大的社会效益：首先夏季电网削峰效果非常显著，显著提高电网运行效率，优化电网结构，可大幅节省为应对城市尖峰负荷---主要是制冷机负荷----而用于发电、输配电和电源后备容量建设的大量低效率投资;还节省能源、减少环境污染、减少温室气体排放、夏天供冷同时发电、也有利于余热废热供暖发电综合利用等。

储电式城市集中冷热联供装置采用氨液汽分离管道系统突破大规模远距离高速低成本冷热量输送技术瓶颈。以音速约1200km/h高速输送冷/热量，0°C氨液体管道冷量输送热流密度4.0GW / m2， 0°C氨蒸汽管道热量输送热流密度1.5GW / m2;氨液汽输送主管压力0.4MPa，与自来水管压力相似，可以远距离低成本大规模建设氨液汽输送管道，这样，储电式城市集中冷热联供装置适用范围可以扩展到华中、华东、西南，甚至于华南、香港;结合地形及海拔高差来规划氨液远距离重力输送管道可以实现低运行费用，氨液汽管道可以联网高效运行;氨液汽管道循环工质氨的总充注量约163kg/ Mw. km。

储电式城市集中冷热联供装置包含地下水库、动态蓄冰装置、管道系统和终端装置。该储电式城市集中冷热联供装置蓄水、发电、供冷、供热一举多得。与目前的蒸汽锅炉式城市集中冷热联供装置比较，该储电式城市集中冷热联供装置不仅不消耗化石能源、不产生温室气体二氧化碳，还能蓄水供水，能充分利用自然环境中夏季的热能和冬季的冷量来为城市供热、供冷、发电。与目前的高效节能示范技术地源热泵中央空调装置比较，该储电式城市集中冷热联供装置为环境友好型绿色技术，不占用资源，同样运行稳定不受当时气温限制，也不受地下水资源短缺限制，还能储电。与抽水蓄能电站比较，由于能蓄积天然冷/热能加以利用，储电为热再发电效率可以大于100%;因为高效率共用地下水库和蓄热换热设备，每千瓦储电投入不到抽水蓄能电站投资的四分之一，而且没有环境问题;储电式城市集中冷热联供装置冷季通过热泵蓄热直接为城市供暖是最高效的储电用电/城市供暖方式，蓄电为热效率大于400%;储电式城市集中冷热联供装置夏季还能直接为城市供冷。

储电式城市集中冷热联供装置所应用的都是成熟的通用技术、通用设备、通用材料，按照目前中国的技术水平及制造业现状，实施没有困难。特别值得大力研究、发展、推广。

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