1 前言
　　隨著采暖面積的增加，與之相對應(yīng)的環(huán)境污染和能源浪費(fèi)問題越來越嚴(yán)重。其中傳統(tǒng)的燃煤鍋爐采暖所造成的粉塵和有害氣體排放是造成北方冬季城市污染的重要來源，因而在許多城市市區(qū)被嚴(yán)格限制使用。熱電聯(lián)產(chǎn)能源轉(zhuǎn)換效率高，但由于發(fā)電與采暖負(fù)荷的不匹配，影響了熱電廠的運(yùn)行效益。為解決這一矛盾，其有效的方法之一就是采用蓄熱技術(shù)。蓄熱可以分為熱電廠直接蓄熱與用戶處電蓄熱兩種方式。熱電廠直接蓄熱是熱電廠在發(fā)電穩(wěn)定的條件下，當(dāng)采暖負(fù)荷減少時把熱電廠所產(chǎn)生的多余熱量儲存起來，當(dāng)采暖負(fù)荷較大而熱電廠不能滿足供熱要求時把所儲存的熱量輸送出來，從而在發(fā)電負(fù)荷穩(wěn)定的條件下適應(yīng)采暖負(fù)荷的變化。用戶處電蓄熱是如果用戶是用電采暖，則在夜間用電負(fù)荷低谷時，在用戶處把電轉(zhuǎn)化為熱而儲存起來，當(dāng)白天用電高峰時再把這部分熱釋放出來采暖，這樣可以使用電負(fù)荷比較均勻，起到移峰填谷的作用。
　　熱電廠直接蓄熱一般采用水蓄熱，用戶處蓄熱可采用水蓄熱，也可采用相變蓄熱。本文主要介紹用于熱電廠的水蓄熱和用戶處的相變蓄熱技術(shù)。
　　2 熱電廠水蓄熱技術(shù)
　　目前世界各國都十分鼓勵發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，我國中小型熱電廠的發(fā)展也十分迅速。熱電廠由于遵循"以熱定電"的原則，大大提高了其能源的綜合利用效率，既節(jié)約了能源又利于環(huán)保，因而得到了迅速的發(fā)展。然而，對于熱電廠的運(yùn)行起決定作用的熱負(fù)荷又往往具有黑很大的波動性，特別是對于工業(yè)負(fù)荷所占比例相對較小或具有城市集中供應(yīng)生活熱水的"三聯(lián)供"熱網(wǎng)的熱電廠，在嚴(yán)寒期的峰谷用熱期，其負(fù)荷的變化幅度就更大。這樣不僅影響了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，降低效率、增加不安全因素，而且很可能為確保峰值負(fù)荷而增加設(shè)備的大量投資。正是考慮到熱電廠本身就是熱能大戶，而且又存在著這樣的問題需要解決，國外特別是北歐一些國家，在熱電廠中就應(yīng)用了較多的水蓄熱設(shè)備。如丹麥哥本哈根SRAVEDORE熱電廠就建設(shè)了24000立方米的水蓄熱罐。據(jù)了解，目前世界上最大的水蓄熱器已做到30000立方米。
　　在熱電聯(lián)產(chǎn)中應(yīng)用水蓄熱的作用是顯而易見的，技術(shù)上也不復(fù)雜。但各地?zé)犭姀S增建蓄熱設(shè)備是否有必要，則需要根據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)峋W(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的負(fù)荷構(gòu)成、負(fù)荷變化幅度、負(fù)荷變化率、熱電廠的現(xiàn)有設(shè)備與發(fā)展、當(dāng)?shù)毓こ淘靸r等實(shí)際情況來進(jìn)行項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。當(dāng)然這也與蓄熱設(shè)備的設(shè)計(jì)容量、介質(zhì)參數(shù)、建設(shè)用材等有關(guān)。
　　水蓄熱器不僅在熱電聯(lián)產(chǎn)中有廣闊的應(yīng)用前景，而且隨著各城市峰谷電價的調(diào)整，在越來越多的電鍋爐供熱系統(tǒng)中也將得到應(yīng)用。如北京、石家莊等市應(yīng)用效果比較理想。
　　3 相變蓄熱電暖氣
　　在用電采暖時，能源利用效率非常高的熱泵采暖技術(shù)受到大家的青睞而開始推廣，但是熱泵在冬天由于結(jié)霜問題比較難解決，使其使用范圍受到很大的局限。
　　為了解決熱泵使用限制的問題，一些城市開始電直接加熱采暖，如電熱膜等。雖然其能源轉(zhuǎn)換效率低，但由于在使用中對環(huán)境無污染，調(diào)節(jié)靈活，又不存在傳統(tǒng)計(jì)量收費(fèi)的難題，因而在電力相對富裕的今天，開始受到人們的關(guān)注。其中北京為了鼓勵電采暖，于近日調(diào)低了集中電鍋爐房的用電價格。但一般的電直接加熱采暖裝置往往不具備顯著的蓄熱功能，不能緩解電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差過大的問題。為此，需在電采暖系統(tǒng)增設(shè)蓄熱裝置。這又會導(dǎo)致采暖系統(tǒng)的初投資、能耗和占地面積增加等問題，而這些問題都可以在相變蓄能采暖中得到較好地解決。在經(jīng)濟(jì)方面，電采暖供熱系統(tǒng)與傳統(tǒng)的鍋爐房采暖系統(tǒng)相比并無優(yōu)勢。但增加蓄能裝置后，其經(jīng)濟(jì)性有很大提高。從整體角度看，采用相變蓄能后，電采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性不亞于其他大多數(shù)采暖系統(tǒng)。在實(shí)行峰谷電價之后，相變電蓄能采暖憑借著其固有的優(yōu)勢很有可能成為一種重要的采暖形式。另一方面，在電廠中采用蓄熱裝置可以經(jīng)濟(jì)地解決高峰負(fù)荷，填平需求低谷，以緩沖蓄熱方式調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷更方便。采用蓄熱裝置可以節(jié)約燃料，降低電廠的燃料費(fèi)用，提高機(jī)組的運(yùn)行效率和改善機(jī)組的運(yùn)行條件，從而提高電廠的運(yùn)行效益和改善電廠的利用率，降低排氣污染，改善環(huán)境。
　　3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀
　　現(xiàn)有的相變蓄熱電暖器主要分為高溫相變電暖器和中溫相變電暖器兩種。高溫相變電暖器中相變材料蓄熱密度高，占地面積小，具有推廣前途。中溫相變電暖器的相變材料較便宜，但體積和占地面積較大。
　　1995年，文獻(xiàn)[1]提出了一種中溫民用相變蓄熱電暖器。該電暖器采用融點(diǎn)為78℃，融解熱為265kJ/kg，密度為2.0kg/dm2的相變材料KD78作為蓄熱介質(zhì)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：①用夜間廉價電加熱，縮小了電網(wǎng)峰谷差，降低了取暖費(fèi)用；②采用夜間電加熱后蓄熱，加熱與取暖時間比一般大于或等于8/3，故可采用較小功率電加熱（<500W），增強(qiáng)了安全性，避免了多戶同時使用時電負(fù)荷過重、使用區(qū)域電壓過低等弊?。虎塾捎诓蝗∨瘯r采用蓄熱和隔熱，取暖時采用強(qiáng)化傳熱，因此采暖時無時間滯后，不采暖時熱損很小。但其蓄熱密度較低。
　　1997年，中國科學(xué)院廣州能源研究所的任振根、余鴻文[2] 等提出了一種提供工業(yè)用高溫氣體的電熱相變蓄熱器。該蓄熱器采用熱容大和相變潛熱大的熔點(diǎn)在３６０℃～６００℃范圍的鋁合金或鋅基合金作為蓄熱介質(zhì)，將電熱元件、換熱管和蓄熱介質(zhì)結(jié)合為一體形成電熱儲能體，并采用保溫層和兼作換熱氣進(jìn)氣風(fēng)道的空氣夾層等雙層保溫措施，能有效避免二次熱損失和縮小蓄熱器體積，具有較高的熱效率。
　　吉林省先勝科技發(fā)展有限責(zé)任公司推出了PAS系列的靜態(tài)式儲熱加熱器。該產(chǎn)品是在用電非高峰期間利用磁化芯充電的原理設(shè)計(jì)出的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，屬于顯熱式蓄熱加熱器，可用于民用住宅，工作間及辦公室，并且由于加熱器內(nèi)無風(fēng)扇，無任何機(jī)械部件，從而具有無噪音，不引起灰塵上揚(yáng)的特點(diǎn)。
　　北京源深節(jié)能技術(shù)有限責(zé)任公司開發(fā)的WMT、WMA和WMG系列儲存式散熱器通過一個或多個單位功率為850W的耐熱合金加熱元件在用電低谷時加熱一個由多塊高密度的磁性磚組成的儲熱核心部件，并將熱量儲存起來。這些被儲存的熱將通過由對流和輻射所組成的聯(lián)合供熱方式向屋內(nèi)提供舒適、平衡的熱量。
　　3.2 高溫相變蓄熱裝置
　　蓄熱材料T580的熱物性參數(shù) 表1
　　(kg/m3) (Jkg-1K-1) (Wm-1K-1) (m2/s) (℃)
　　　2660　　871 　　　　180　　 577.5
　　開發(fā)相變蓄熱裝置的關(guān)鍵技術(shù)之一是相變材料的合理選擇與制備。清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系開發(fā)的高溫相變蓄熱材料具有很大相變潛熱，可以在外形尺寸較小的情況下儲存大量的熱量，其熱物性參數(shù)參見表1。開發(fā)這種材料的蓄熱裝置，不僅可緩解我國城市因燃煤而造成的環(huán)境污染問題，而且可平衡電網(wǎng)峰谷差，節(jié)約電采暖運(yùn)行費(fèi)用。 它在工業(yè)方面還有很多的運(yùn)用領(lǐng)域。
　　目前工業(yè)熱能儲存采用的是再生式加熱爐和廢熱蓄能鍋爐等蓄能裝置。采用蓄熱技術(shù)來回收儲存堿性氧氣轉(zhuǎn)爐或電爐的煙氣余熱以及干法熄焦中的廢熱，既節(jié)約了能源，又減少了空氣污染以及冷卻、淬火過程中水的消耗量。在造紙和制漿工業(yè)中，燃燒廢木料的鍋爐適應(yīng)負(fù)荷的能力較差，采用蓄熱裝置后，可以提高其負(fù)荷適應(yīng)能力。在食品工業(yè)的洗滌、蒸煮和殺菌等過程中，由于負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生波動，采用蓄熱裝置后就能很好地適應(yīng)這種波動。紡織工業(yè)的漂白和染色工藝過程也可采用蓄熱裝置來滿足負(fù)荷波動。在采暖系統(tǒng)中熱能的生產(chǎn)隨需求的變化要隨時調(diào)整，因此蓄熱的作用顯得更加重要。借助蓄熱裝置，可以降低能量轉(zhuǎn)換裝置以及二次能傳輸系統(tǒng)(區(qū)域熱力管網(wǎng) )的設(shè)計(jì)功率，因?yàn)樵谝荒曛兄挥休^短的一段時間需要最大采暖功率。在電熱采暖和供應(yīng)熱水的過程中，可以把用電時間安排到非高峰時期，從而降低運(yùn)行成本。采用蓄熱裝置后，不存在部分負(fù)荷運(yùn)行情況，能量的轉(zhuǎn)換效率提高。采暖鍋爐由于需求的波動導(dǎo)致鍋爐啟停頻繁，則啟停過程的能量損失非常大。采用蓄熱裝置后，有效地增加了系統(tǒng)蓄熱容量，在一定范圍內(nèi)可以滿足波動負(fù)荷的要求，從而降低鍋爐啟停的頻率，降低能量消耗。
　　4 進(jìn)展情況及今后重點(diǎn)研究內(nèi)容
　　4.1 熱網(wǎng)蓄熱調(diào)節(jié)
　　當(dāng)供熱計(jì)量收費(fèi)以后，各用戶都可以自主的調(diào)節(jié)散熱器的流量，因此將導(dǎo)致熱網(wǎng)流量、熱網(wǎng)供熱量的波動，特別是晝夜間的波動。但區(qū)域鍋爐房或者熱電聯(lián)產(chǎn)熱源不可能隨著用熱量的波動而隨時變化，因此供熱網(wǎng)要有蓄熱能力來適應(yīng)這種變化。在供熱量波動比較小時，熱網(wǎng)管道本身的蓄熱能力可以滿足這種變化；但當(dāng)波動大時，則必須設(shè)置必要的蓄熱設(shè)備。目前大多用水蓄熱，由于其經(jīng)濟(jì)、取材容易，應(yīng)用日益廣泛。威海市準(zhǔn)備在首站附近建立一個水蓄熱罐，并配以太陽能輔助加熱以滿足生活用熱水的需要。有蓄熱罐后可以減少生活熱水負(fù)荷對熱網(wǎng)波動的沖擊，從而使熱網(wǎng)能較穩(wěn)定的運(yùn)行；輔助太陽能后減少熱網(wǎng)承擔(dān)生活熱水的負(fù)荷、節(jié)省能源、提高運(yùn)行能效。
　　在用水蓄熱時還有一些需要解決的問題，如低溫蓄熱，顯熱蓄熱量太少，需要大體積容器；如高溫蓄熱，除需要高壓容器外，熱網(wǎng)水溫本身并不高，因此又需要額外實(shí)施對水加熱升溫，這又造成系統(tǒng)復(fù)雜。同時如何確定蓄熱器的大小是和系統(tǒng)、用戶使用及熱源能力有很大關(guān)系，只有處理好這些關(guān)系才能提高熱網(wǎng)能效、正常發(fā)揮蓄熱器的能力滿足供熱的要求。
　　4.2 電蓄熱調(diào)節(jié)
　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，用電結(jié)構(gòu)也發(fā)生了相應(yīng)的變化。一方面存在著高峰電力不足，另一方面更存在著峰谷差過大等問題。這些矛盾的出現(xiàn)制約了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。"削峰填谷"可以充分利用電力資源，縮小用電峰谷差。目前各省、市、地區(qū)電業(yè)部門紛紛公布用電政策和"峰谷分時電價"，以經(jīng)濟(jì)手段推動"削峰填谷"的實(shí)現(xiàn)。相變儲熱技術(shù)在這種背景下具有很大的優(yōu)勢。它不僅可以解決峰谷差的問題，而且還可緩解我國城市的環(huán)境污染問題，節(jié)約電采暖運(yùn)行費(fèi)用，是一種值得大力研究和推廣的技術(shù)。今后重點(diǎn)研究方向?yàn)椋哼M(jìn)一步研究蓄熱裝置中加熱方式的合理、高效問題；進(jìn)一步在保溫方面做工作，提高蓄熱效率和能量利用率；針對不同的應(yīng)用背景，對具體的要求做出設(shè)計(jì)和實(shí)施。

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