丹麥是全球最早推動太陽能相變儲能蓄熱區域供熱的國家,也是當今世界上最大的太陽能相變儲能蓄熱區域供熱市場。2016年底,丹麥大型(集熱器面積大於500平方米)的太陽能相變儲能蓄熱區域供熱系統集熱器安裝量佔到全球該類系統的80%,約131.8萬平方米,總容量922MWth,太陽能相變儲能蓄熱區域供熱廠數量110個(其中絕大多數系統屬於熱電聯產鍋爐+太陽能+相變儲能蓄熱+區域供熱系統)。此外,規劃的太陽能相變儲能蓄熱區域供熱集熱器面積達到269.2萬平方米。目前,丹麥大型相變儲能蓄熱區域供熱技術發展較為成熟。
一、季節蓄熱解決矛盾
在可再生能源的利用中,不可迴避的是可再生能源的季節波動性和不穩定性。隨着風電、光電等可再生能源的推廣和普及,兩大矛盾日益突出:一是可再生能源供給的不穩定性和需求穩定性之間的矛盾;二是太陽能季節分佈和能耗需求季節分佈之間不匹配的矛盾。利用太陽能進行供熱,太陽能資源冬天少,夏天盈餘,能源需求則是相反,採暖需求在冬天比較旺盛。因此這種不匹配的矛盾就要求有一種能源的儲存方式,也就是儲能進行解決。跨季節蓄熱正是解決上述兩大矛盾的關鍵技術。通過大容量蓄熱技術,可以實現:
1、熱電解耦,增加熱電廠靈活性;
2、季節蓄熱,將風電、光電、光熱、熱泵等多種能源有機耦合,實現能源的長期高效存儲,達到最優化清潔供熱供電的目的。
在上圖中,通過太陽能集熱器給季節蓄熱水體加熱,熱電聯產的餘熱也可以儲存在季節蓄熱水體中,通過熱泵可以實現蓄熱水體的熱量充分回收和利用,實現可再生能源供熱的目標,同時提高系統經濟性。丹麥科技大學非常重視高性能蓄熱技術的研究與示範,早在1983年就建立了世界首例500立方米大型蓄熱水體,在學術界引起了轟動。
二、跨季儲能蓄熱技術發展趨勢
目前,世界前沿的跨季節蓄熱技術主要包括鋼罐、大容積水池蓄熱、土壤源蓄熱體、地下水體蓄熱、大型相變儲能蓄熱。
其中,鋼罐蓄熱並不是嚴格意義上的跨季節蓄熱。因為鋼罐蓄熱技術有其特殊性,適用的蓄熱體積一般不大於7000立方米。如果大幅增加蓄熱體體積,也能起到蓄熱體的效果,但相關的投資、系統的費用等將大幅增加。一般在北歐國家鋼罐體積在7000立方米以內。
不管何種形式的蓄熱技術,蓄熱體的大型化是發展趨勢。隨着蓄熱體積的增大,單位蓄熱體造價降低的同時蓄熱性能大幅提高。隨着體積的增加,單位蓄熱體對應的散熱表面積在快速降低,當蓄熱體體積從100立方米增加到10萬立方米,單位蓄熱體對應的散熱表面積降低到1/12,同時造價也在大幅下降,達到1/25。因此,蓄熱體體積越大越好。
三、丹麥跨季儲能蓄熱成功案例
這裡列出了3個具有代表性的案例,分別是:1、土壤源蓄熱體、2、水池蓄熱體、3、相變儲能蓄熱體。
四、跨季儲能蓄熱的優勢
- 太陽能:供給免費熱能。
- 熱泵:谷電供給熱能;快速電網調解能力,充分利用電價優惠政策;降低蓄熱水體體積需求。
- 熱電聯產機組:三聯供、四聯供屬於國家重點支持方向;具備快速電網調峰能力,收穫可觀的國家調峰補貼;實現熱電解耦。
- 季節蓄熱體:增加系統靈活性;耦合優化使用不同的可再生能源形式。
五、太陽能相變儲能蓄熱區域供熱廠獲得成功的技術因素
1、先進高效的大型太陽能集熱器場
- 集熱器效率高;
- 集熱器使用可靠、免維護;
- 集熱器使用壽命達30年;
- 優化的集熱器場管道排布;
- 優選的集熱器傾角、朝向、流體;
- 較低的循環管路熱損。
2、萬噸級跨季節蓄熱體
- 熱損極低,優化後的蓄熱體熱回收率大於90%,實現夏季蓄熱、冬季取熱的目標;
- 單位蓄熱體造價低;
- 運行可靠、系統維護成本低。
3、可綜合利用太陽能、風能、生物質能等各種可再生能源。
六、跨季儲能蓄熱技術對我國清潔採暖發展的啟示
目前我國正在大力實施和發展清潔採暖,但煤改電、煤改氣大規模推廣有一定弊端;熱電廠以熱定電,夏季產能閑置,造成資源浪費;熱電解耦特性限制了電廠調峰能力,不利於推廣可再生能源發電。通過季節儲能蓄熱技術,可以實現:熱電解耦,增加電廠靈活性;電廠餘熱夏存冬取,避免熱能浪費,提高電廠經濟性;風電、光熱、熱泵、餘熱等多能互補,提高可再生能源利用率。
丹麥政府提出了非常宏偉的能源規劃:2050年徹底取代所有化石能源,2035年電力和採暖全部採用可再生能源,其中太陽能採暖將作為比較重要的區域供熱的來源。我國太陽能資源豐富,太陽能資源密度是丹麥的2倍,更有利於推廣太陽能採暖。
這才是太陽能光熱的方向,丹麥維度比我國現階段高,我們可以學習,而且現在的我國的技術有很大的提高,只要各方面重視,肯定可以做得更好。給丹麥超前領先的跨季節儲熱工程點贊,咱們有的工程做的很好,如天帥智能科技的相變儲能。有的不好,如遠大在延安的天然氣三聯供、和前不久吹噓的「冰源熱泵技術」就值得商榷,從冰冷水裡取熱是比從零下十幾度空氣里取熱要好些,但制熱的能效比還是不佳。
應當跨季節儲能(夏熱蓄熱、冬季蓄冷)才是正道。 而有熱時不儲,冬季臨陣磨槍、臨渴掘井到冰冷水裡去取熱就很可笑。 天帥智能科技的跨季節相變儲能蓄熱區域供暖工程就做的很好,將性價比好的相變儲能蓄熱材料聚焦加熱巨量熱水儲存到20萬立方米的超大保溫水池,學習丹麥,規模超大後來居上。 有人辯解說沒有保溫水池的條件啊,這些條件是靠建設得來的等不來的,這是海綿城市的標配。現代化城市地下工程的標誌,我們目前城市現代化建設繞不開、躲不了、賴不掉的良心工程,排澇、儲水、儲能,一舉多得,一定要建設,早建比晚建好、快建比慢建好!