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(配圖說明:一臺大型金屬空調(diào)設備,配有通風口和檢修面板,設備毗鄰光伏板陣列。Blue Frontier公司正在將其ESEAC技術集成至專用室外空氣系統(tǒng)實現(xiàn)商業(yè)化應用。圖示安裝于佛羅里達州的20噸系統(tǒng),主要在太陽能光伏發(fā)電時段運行,同時實現(xiàn)溫濕度控制。圖片來源:Blue Frontier)
美國國家可再生能源實驗室(NREL)與Blue Frontier公司聯(lián)合開發(fā)的一項突破性技術——儲能高效空調(diào)(ESEAC),為降低建筑用電成本與緩解電網(wǎng)壓力提供了創(chuàng)新解決方案。
該商用系統(tǒng)集儲能、制冷和濕度控制于一體,可將空調(diào)峰值功率需求降低90%以上,并使制冷電費減少超45%。
"這是空調(diào)技術領域的重大進步,"NREL高級工程師、該技術聯(lián)合發(fā)明人埃里克·科祖巴爾表示,"它徹底重構了空氣調(diào)節(jié)的理念與用電時序。ESEAC將能耗最密集的流程轉移至非高峰時段,既降低成本又緩解電網(wǎng)壓力。"
【差異化制冷方案】
傳統(tǒng)空調(diào)采用蒸汽壓縮制冷技術,同步實現(xiàn)降溫和除濕。這種耦合機制往往需要先過度冷卻再加熱回溫以維持舒適度。
ESEAC通過液體干燥劑系統(tǒng)分離除濕與主動制冷過程:干燥劑直接吸收空氣中水分,隨后采用超高效間接蒸發(fā)冷卻技術實現(xiàn)精準降溫。該方法能耗顯著低于傳統(tǒng)除濕工藝,有效降低運營成本。系統(tǒng)集成儲能功能使其可在用電高峰期間無需啟動壓縮機運行。
ESEAC循環(huán)包含三個關鍵步驟,每個步驟對應特定子系統(tǒng):
第一步:充電——將稀釋的鹽基液體干燥劑分離為高濃度溶液和純水。
第二步:儲存——濃縮干燥劑溶液與純水分別存儲,實現(xiàn)能量輸入與冷量輸出的解耦。
第三步:釋能——使用儲存液體進行冷卻除濕,在高峰時段無需壓縮機即可產(chǎn)生調(diào)節(jié)空氣。
(系統(tǒng)示意圖說明:ESEAC系統(tǒng)包含三大創(chuàng)新子系統(tǒng):1)電動干燥劑再生器消耗系統(tǒng)90%以上電量,將稀釋干燥劑分離為蒸餾水和濃縮液體;2)儲能罐儲存分離后的液體;3)調(diào)節(jié)器使用儲存液體實現(xiàn)空氣干冷處理,僅需少量電力驅動泵和風機。處理后干燥劑稀釋液返回儲罐。圖表由NREL喬舒亞·鮑爾制作)
"ESEAC循環(huán)通過分離儲存干燥劑和水,實現(xiàn)按需冷卻除濕,"NREL高級工程師、聯(lián)合發(fā)明人杰森·伍茲解釋道,"這意味著空調(diào)可全天維持舒適環(huán)境,但主要用電發(fā)生在低電價或可再生能源可用時段。"
在佛羅里達邁阿密進行的全年模擬數(shù)據(jù)顯示,20噸級ESEAC系統(tǒng)可降低38%制冷用電量、93%峰值需求和45%年度電費。以15年周期計算,單套系統(tǒng)預計可節(jié)省16.5萬美元。
【支撐電網(wǎng)的內(nèi)置儲能】
通過轉移高峰用電需求,ESEAC有效緩解電網(wǎng)壓力,幫助公用事業(yè)公司平滑需求曲線,減少對昂貴電網(wǎng)儲能或調(diào)峰電廠的依賴。需求平滑與總用電量降低可釋放電網(wǎng)容量,滿足其他用途。
基于鹽水和純水的儲能成本約為電池系統(tǒng)的十分之一,為管理冷負荷提供了可擴展的低成本解決方案。
"空調(diào)是峰值需求的主要推手,也是電網(wǎng)擴容成本高昂的關鍵原因,"NREL建筑技術與科學中心主任阿基里斯·卡拉約齊斯指出,"ESEAC在低電價時段儲能,于用電高峰釋能——以電池儲能幾分之一的成本實現(xiàn)同等效益。"
【安裝實踐與早期應用】
在Breakthrough Energy Ventures、Volo Earth、2150、Modern Niagara及多家大型公用事業(yè)公司的早期支持下,ESEAC系統(tǒng)已在美國多地投入安裝:
美國陸軍本寧堡(佐治亞州)和韋斯托弗空軍預備基地(馬薩諸塞州)
探索科學博物館IMAX影院(佛羅里達州)
商業(yè)場所包括餐廳(佐治亞州)和超市(加利福尼亞州)
巴里大學與瓦倫西亞學院(佛羅里達州)等教育園區(qū)
杰克遜紀念醫(yī)院(佛羅里達州)等醫(yī)療中心
"這些實踐為ESEAC提供了真實驗證,"Blue Frontier首席技術官馬特·蒂爾格曼表示,"早期性能數(shù)據(jù)與模型高度吻合,證實該系統(tǒng)可實現(xiàn)顯著節(jié)能效益,為商業(yè)建筑帶來明確經(jīng)濟價值。"
近日榮獲"研發(fā)100獎"的儲能高效空調(diào),代表了一類全新冷卻技術——通過分離除濕與主動制冷流程,集成儲能系統(tǒng)降低成本、增強電網(wǎng)穩(wěn)定性,并以顯著降低的能耗維持室內(nèi)舒適環(huán)境。