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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 13:28

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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