中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：水蓄熱、固體蓄熱、相變蓄熱，三大主流電蓄熱技術(shù)路線，分別適用于哪些應(yīng)用場(chǎng)景？這是一個(gè)采購(gòu)方經(jīng)常咨詢到的問(wèn)題。
一、水蓄熱及其應(yīng)用場(chǎng)景
水蓄熱電鍋爐系統(tǒng)主要包括電鍋爐、蓄熱水罐和供熱管網(wǎng)3部分：電鍋爐負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化成熱能作為供熱熱源；蓄熱水罐負(fù)責(zé)將電鍋爐產(chǎn)生的部分熱能儲(chǔ)存起來(lái)，待電熱鍋爐停運(yùn)時(shí)替代后者對(duì)外釋放熱能；供熱管網(wǎng)（含板式換熱器和循環(huán)泵等設(shè)備）負(fù)責(zé)按需將熱源處的熱量送給熱用戶。
水蓄熱電鍋爐在用電低谷時(shí)段電力將水加熱，并儲(chǔ)存在具有保溫功能的水箱里，在峰電、平電時(shí)段以熱水的形式進(jìn)行輸出（熱水溫度通常為35℃~85℃）。
水儲(chǔ)熱技術(shù)具有熱效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行安全穩(wěn)定、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外都有很多應(yīng)用實(shí)例，因需增設(shè)水箱，故與固體蓄熱電鍋爐相比，存在儲(chǔ)水罐體積較大、受占地空間限制等問(wèn)題。
在風(fēng)電消納、火電靈活性改造、清潔供暖等多領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景，眾多已建成的項(xiàng)目實(shí)例證明了水蓄熱的商業(yè)可利用價(jià)值。
1、應(yīng)用于西北地區(qū)可再生能源消納
在各類蓄熱技術(shù)中，電鍋爐+水蓄熱在西北地區(qū)清潔能源消納方面的適用性最佳。
在西北地區(qū)，電鍋爐+水蓄熱以大規(guī)模的百萬(wàn)平方米供暖面積的項(xiàng)目為主，眾多實(shí)踐案例已經(jīng)充分證明了這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，以及其在消納可再生能源方面的適用性。
▍中如智慧能源臨澤縣水蓄熱供暖項(xiàng)目
該項(xiàng)目配置3臺(tái)10000m3儲(chǔ)熱系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)供暖面積300萬(wàn)㎡，就地消納電量4.7億千瓦時(shí)，對(duì)西北地區(qū)消納棄風(fēng)光電能起到重要作用。
▍甘肅某縣城老城區(qū)集中供熱項(xiàng)目
該項(xiàng)目總供暖面積160萬(wàn)㎡，熱源為一座燃煤鍋爐房，2019年對(duì)其進(jìn)行清潔能源集中供熱改造，新建電極鍋爐（帶蓄熱）房，完全替代原燃煤鍋爐承擔(dān)該縣城老城區(qū)的集中供熱。
項(xiàng)目最終設(shè)計(jì)裝機(jī)為4×40MW電極鍋爐+3×10000m3蓄熱水罐，靜態(tài)總投資約10500萬(wàn)元，建設(shè)期4個(gè)月，建設(shè)當(dāng)年投入投用，年凈收益約1200萬(wàn)元，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為10.3%，投資回收期為9年。項(xiàng)目投用后，年消納風(fēng)（光）電量總計(jì)達(dá)17964.06萬(wàn)kWh。
▍敦煌市重點(diǎn)民生工程高比例新能源供熱示范項(xiàng)目
該項(xiàng)目于2022年11月1日正式投用，是全國(guó)首個(gè)已建規(guī)模最大的電極鍋爐供暖項(xiàng)目。項(xiàng)目先后建成8臺(tái)40兆瓦高壓電極蓄熱鍋爐、2座蓄熱罐、10座換熱站等設(shè)施設(shè)備，成為創(chuàng)建國(guó)家高比例新能源示范城市的示范性項(xiàng)目。
2、應(yīng)用于火電廠調(diào)峰
水蓄熱技術(shù)在火電廠調(diào)峰上有廣泛應(yīng)用，主要用于熱電廠供暖季的熱電解耦，提高供熱機(jī)組的運(yùn)行靈活性。以蒸汽為熱源的水蓄熱，投資成本和運(yùn)行費(fèi)用較低，既能夠增加熱電廠的低負(fù)荷運(yùn)行能力，也能夠增加高峰時(shí)段的頂負(fù)荷能力，具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但同時(shí)，水蓄熱也存在儲(chǔ)熱密度低，空間占用大的問(wèn)題，尤其是城市區(qū)域的熱電廠改造可能存在一些空間利用的問(wèn)題。
▍松花江第一熱電分公司調(diào)峰項(xiàng)目
2021年，由國(guó)家電投中央研究院研發(fā)的高性能斜溫層水蓄熱/蓄冷技術(shù)在松花江第一熱電分公司儲(chǔ)熱調(diào)峰項(xiàng)目中成功應(yīng)用。5000m3斜溫層蓄熱水罐，按照設(shè)計(jì)值，每年可為該廠節(jié)約標(biāo)煤5萬(wàn)噸以上，增加機(jī)組調(diào)峰能力120兆瓦，在冬季同等負(fù)荷條件下，供熱面積增加200余萬(wàn)平方米。2022年，該廠火電參與電力調(diào)峰時(shí)長(zhǎng)超3200小時(shí)，帶來(lái)收益7000萬(wàn)元。
目前，在我國(guó)電鍋爐+水蓄熱這一細(xì)分市場(chǎng)中，以上海中如智慧能源集團(tuán)有限公司、山東北辰機(jī)電設(shè)備股份有限公司等為代表的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)發(fā)揮了帶頭作用，在市場(chǎng)建設(shè)、行業(yè)生態(tài)建設(shè)等方面貢獻(xiàn)突出。如在甘肅的蘭州、酒泉、金塔，河北的張家口、尚義、石家莊，內(nèi)蒙古的赤峰、新疆等多個(gè)地區(qū)，中如智慧能源和北辰機(jī)電已經(jīng)落地了多個(gè)項(xiàng)目，大大推動(dòng)了水蓄熱技術(shù)的市場(chǎng)應(yīng)用。
二、固體蓄熱及其應(yīng)用場(chǎng)景
固體電蓄熱技術(shù)是在谷值電價(jià)時(shí)利用電加熱設(shè)備直接將電能轉(zhuǎn)化為熱能，并儲(chǔ)存于固體儲(chǔ)熱器；在峰值電價(jià)時(shí)與供暖系統(tǒng)熱水進(jìn)行換熱，進(jìn)而為建筑供暖的技術(shù)。其工作過(guò)程與水蓄熱電鍋爐大致相同，不同之處是蓄熱體為固體材料。固體蓄熱電鍋爐多采用鎂磚、固體合金、頁(yè)巖磚、混凝土等可實(shí)現(xiàn)較高蓄熱溫度（可達(dá)750℃左右）的蓄熱材料。
高溫固體具有儲(chǔ)熱密度大、儲(chǔ)熱溫度高、儲(chǔ)熱體積小等優(yōu)點(diǎn)，不但克服液體儲(chǔ)熱技術(shù)的缺點(diǎn)，而且兼具環(huán)保、高效、節(jié)能、安全等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。固體蓄熱機(jī)組可實(shí)現(xiàn)低谷電蓄熱，夜間儲(chǔ)能、日間用能，錯(cuò)峰利用能源，具備更高的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。與水蓄熱電鍋爐相比，固體蓄熱電鍋爐無(wú)需設(shè)置水箱，占地面積較小，但投資較高。
在多種電蓄熱技術(shù)路線中，固體電蓄熱技術(shù)以其原理簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、成本可控、應(yīng)用案例多等顯著優(yōu)勢(shì)，占據(jù)重要地位，由此也吸引了諸多玩家涌入，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。（下文僅介紹固體蓄熱技術(shù)在大型集中式供熱中的應(yīng)用，小型的分散式固體蓄熱電暖器不作介紹）
1、應(yīng)用于火電廠調(diào)峰
固體蓄熱鍋爐突破了電熱轉(zhuǎn)換及熱儲(chǔ)能過(guò)程中的超大功率技術(shù)瓶頸，而且建設(shè)成本低、周期短，在電網(wǎng)調(diào)峰中可發(fā)揮重要作用。在不影響機(jī)組運(yùn)行的情況下，固體電蓄熱調(diào)峰爐是很快實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰的一個(gè)有力手段。
固體蓄熱技術(shù)在調(diào)峰階段，利用電加熱裝置將蓄熱磚體加熱到700℃~800℃高溫蓄熱。放熱時(shí)，循環(huán)風(fēng)在風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下經(jīng)過(guò)高溫蓄能體后變成高溫風(fēng)，高溫風(fēng)經(jīng)過(guò)換熱器，將熱量傳遞給換熱器內(nèi)的水，重新成為低溫風(fēng)，繼續(xù)循環(huán)，換熱器內(nèi)的水吸收熱量后輸出高溫?zé)崴?
▍華能營(yíng)口熱電廠12萬(wàn)千瓦電鍋爐蓄熱調(diào)峰項(xiàng)目
該項(xiàng)目于2022年11月投產(chǎn)，是華能集團(tuán)批復(fù)的首個(gè)獨(dú)立投資建設(shè)的電蓄熱調(diào)峰項(xiàng)目，項(xiàng)目固體電蓄熱熱水鍋爐由沈陽(yáng)恒久安泰環(huán)保與節(jié)能科技有限公司工程總承包，其中總建設(shè)電調(diào)峰鍋爐120MW，分別為2臺(tái)40MW電極熱水鍋爐和4臺(tái)10MW固體電蓄熱熱水鍋爐。項(xiàng)目投運(yùn)后可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)火電機(jī)組調(diào)峰“零負(fù)荷”運(yùn)行，增加緊急備用熱源280萬(wàn)平方米，進(jìn)一步提升供熱安全性。
該項(xiàng)目是為響應(yīng)國(guó)家火電靈活性改造政策要求和地區(qū)供熱發(fā)展需要，提高機(jī)組熱期深度調(diào)峰能力和供熱能力，對(duì)原有燃煤供熱機(jī)組進(jìn)行改造，該電蓄熱調(diào)峰供暖項(xiàng)目也是華能營(yíng)口電廠第一個(gè)備用熱源調(diào)峰供暖項(xiàng)目，對(duì)保民生供熱、機(jī)組調(diào)峰、促進(jìn)清潔能源發(fā)展具有重要意義。
2、應(yīng)用于西北地區(qū)可再生能源消納
固體電蓄熱鍋爐蓄熱能力大，占地面積小，具有足夠大的蓄能系統(tǒng)，可在夜間利用低谷電進(jìn)行儲(chǔ)能，在白天進(jìn)行供暖、供能，同時(shí)解決了供暖和風(fēng)電低谷消納的問(wèn)題。得益于峰谷電價(jià)、西部地區(qū)電能過(guò)剩和“煤改電”的政策鼓勵(lì)，清潔無(wú)污染的谷電固體蓄熱供暖得到了廣泛的應(yīng)用。
▍青海省貴南縣清潔供暖源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目
該項(xiàng)目由黃河公司青南分公司建設(shè)，于2022年10月份正式投運(yùn)，標(biāo)志著中國(guó)海拔最高、單體容量最大固體蓄熱式電鍋爐正式運(yùn)行，為當(dāng)?shù)夭刈迕癖娝腿チ恕熬G色溫暖”。
項(xiàng)目采用3臺(tái)8.5兆瓦“蓄熱式電鍋爐”+“空氣熱源泵”技術(shù)取代傳統(tǒng)燃煤鍋爐，由內(nèi)蒙古梅捷新能源科技有限公司供貨安裝。是目前中國(guó)國(guó)內(nèi)海拔最高、單體容量最大的固體蓄熱式電鍋爐。項(xiàng)目建成后將新能源電能就地消納轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)了由“綠電”帶動(dòng)“綠暖”的清潔供暖新模式。
3、應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)景供蒸汽
蒸汽是工業(yè)生產(chǎn)所需的重要能源介質(zhì)，化工、紡織、印染、食品、醫(yī)藥、水泥等傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)流程都離不開(kāi)蒸汽，可以說(shuō)，沒(méi)有蒸汽，工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)就無(wú)法繼續(xù)。利用固體蓄熱技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)蒸汽，在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，相關(guān)的案例也越來(lái)越多。
▍貴州小糊涂仙酒廠固體蓄熱式電蒸汽鍋爐示范項(xiàng)目
2022年，國(guó)家電投金元智慧能源公司在小糊涂仙酒廠投資建成貴州首臺(tái)固體蓄熱式電蒸汽鍋爐。作為貴州省儲(chǔ)熱的示范性項(xiàng)目，該項(xiàng)目裝機(jī)容量9.5MW，全年可為酒廠提供蒸汽3萬(wàn)噸，它是一種新型、節(jié)能、環(huán)保、低噪的電蒸汽鍋爐，利用電加熱元件將低谷電以熱能的形式存儲(chǔ)，用電高峰時(shí)將熱量釋放，加熱軟水變成蒸汽，供釀酒車(chē)間使用。與同等燃?xì)忮仩t相比，每年可減少約2100萬(wàn)立方米二氧化硫、氮氧化物等廢氣的排放。
三、相變儲(chǔ)熱及其應(yīng)用場(chǎng)景
相變儲(chǔ)熱技術(shù)是利用儲(chǔ)熱體在發(fā)生相變時(shí)需要吸收或釋放相變潛熱的原理進(jìn)行熱能的存儲(chǔ)和利用，可有效收集并利用低品位熱量，解決能量供求在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾，是提高能源利用率的有效手段。其具有儲(chǔ)熱密度高、儲(chǔ)釋熱過(guò)程溫度恒定等優(yōu)點(diǎn)。
目前，相變電儲(chǔ)熱技術(shù)結(jié)構(gòu)主要有兩種：一種是類似于水儲(chǔ)熱技術(shù)，將相變儲(chǔ)熱裝置替代儲(chǔ)水罐，在電價(jià)谷值時(shí)，開(kāi)啟電鍋爐制熱，并利用相變儲(chǔ)熱裝置將熱量進(jìn)行儲(chǔ)存，在電價(jià)峰值時(shí)，相變儲(chǔ)熱裝置為建筑供暖；另一種類似于高溫固體電儲(chǔ)熱技術(shù)，將相變材料做成相變材料磚，并放置于固體儲(chǔ)熱器中，在電價(jià)谷值時(shí)直接儲(chǔ)存電加熱裝置的熱量，在電價(jià)峰值時(shí)為建筑供暖。
1、應(yīng)用于建筑供暖
相變蓄熱供暖措施主要是在夜晚對(duì)谷電蓄熱進(jìn)行充分利用白天進(jìn)行集中供暖，有效避開(kāi)白天的用電高峰，這是對(duì)深夜用電潛力的深入挖掘和充分利用，對(duì)電網(wǎng)削峰填谷目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)具有積極促進(jìn)作用，使采暖運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低，使熱能得到充分利用。
相變蓄熱供暖具有較高的環(huán)保性和安全性，在良好的環(huán)境中能夠長(zhǎng)時(shí)間使用，組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)和保養(yǎng)極為便利，重點(diǎn)是具有較大的蓄熱密度，熱能的損失較小，占地面積較小，對(duì)熱能的傳遞和控制極為方便。
▍中央民族樂(lè)團(tuán)東煤廠胡同11號(hào)院相變蓄熱清潔供暖項(xiàng)目
該項(xiàng)目位于北京核心區(qū)，毗鄰北海公園和恭王府，距故宮北門(mén)僅1.8公里，地段重要，人員密集，對(duì)清潔供暖改造方案的穩(wěn)定性、環(huán)保性要求非常高。賀邁新能源自主研發(fā)的高效相變材料及熱池具有高儲(chǔ)能密度、無(wú)毒、安全、穩(wěn)定等特點(diǎn)，最終在眾多儲(chǔ)能設(shè)備選型中勝出。
賀邁新能源科技有限公司為該項(xiàng)目提供了21臺(tái)高效儲(chǔ)能熱池和智能控制系統(tǒng)，夜間谷電時(shí)段使用電鍋爐為建筑供熱的同時(shí)為熱池充熱，白天非谷電時(shí)段熱池提供熱量為建筑供暖，基本上可利用廉價(jià)清潔的谷電滿足建筑全天供暖；賀邁智能控制系統(tǒng)可根據(jù)供暖需求自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步減少能源浪費(fèi)。
▍北京市首個(gè)高效相變蓄熱供暖合同能源管理項(xiàng)目
該項(xiàng)目旨在將園區(qū)辦公樓的供暖方式由燃?xì)忮仩t（化石能源）改造為高效PCM相變?nèi)嵝詿岢毓入娦顭幔ǚ腔茉矗┕┡婕肮┡娣e4.6萬(wàn)平方米。
項(xiàng)目采用安興高科自主研發(fā)的高效相變?nèi)嵝詿岢匦顭峒夹g(shù)，相比普通水箱，蓄熱量可增加2至3倍，即相同的供暖面積，水箱體積可縮小2至3倍。
該項(xiàng)目可有效消納“谷電”，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，減小電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，使發(fā)電、用電趨于平衡。
2、應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)景供蒸汽
相變儲(chǔ)熱技術(shù)在工業(yè)蒸汽領(lǐng)域理論上也可應(yīng)用，但在實(shí)際上的應(yīng)用案例極少，經(jīng)濟(jì)性欠佳。
▍蘇州某高溫相變蓄熱項(xiàng)目
江蘇某企業(yè)位于蘇州市工業(yè)園區(qū)內(nèi)，是一家國(guó)內(nèi)知名的電子制造企業(yè)，主要生產(chǎn)集成電路板等產(chǎn)品。該企業(yè)生產(chǎn)工藝中要求需大量蒸汽烘干印刷電路板，企業(yè)原先采用一臺(tái)容量為360 kW電加熱蒸汽爐，加熱產(chǎn)生120℃蒸汽，經(jīng)熱力管道通到生產(chǎn)線上。由于蒸汽無(wú)法儲(chǔ)存，電蒸汽鍋爐一般在白天生產(chǎn)高峰期使用，電費(fèi)成本十分高昂。為降低制造蒸汽成本，在經(jīng)過(guò)多種技術(shù)比較后，企業(yè)決定將原來(lái)電加熱蒸汽爐改造為高溫相變蓄熱系統(tǒng)，用相變蓄熱方式提供高溫蒸汽。
高溫相變蓄熱系統(tǒng)在谷電時(shí)段將電蒸汽鍋爐產(chǎn)生的熱量?jī)?chǔ)存在熱庫(kù)中，在峰電時(shí)段關(guān)閉電蒸汽鍋爐，釋放熱庫(kù)熱量，通過(guò)高效換熱器產(chǎn)生穩(wěn)定的120℃的蒸汽，整套系統(tǒng)可穩(wěn)定滿足企業(yè)烘干工藝中末端蒸汽需求，實(shí)現(xiàn)了電量和負(fù)荷的“移峰填谷”。
雙碳目標(biāo)下，作為儲(chǔ)能技術(shù)的一個(gè)重要分支，電蓄熱市場(chǎng)也將迎來(lái)更廣闊的市場(chǎng)空間。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，到2030年，全球蓄熱市場(chǎng)規(guī)模將擴(kuò)大三倍以上，在未來(lái)10年，蓄熱裝機(jī)容量將增長(zhǎng)到800GWh以上。在可再生能源消納、清潔供熱、工業(yè)蒸汽、電力輔助服務(wù)、綜合能源服務(wù)等多個(gè)市場(chǎng)的推動(dòng)下，各類蓄熱技術(shù)將持續(xù)發(fā)展，市場(chǎng)化逐步成熟。在選擇合適的儲(chǔ)熱技術(shù)路線時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景和條件，綜合考量，擇優(yōu)選擇。
