中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗也隨之提高，但與此同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題——霧霾，北方冬季居民燃煤供暖造成的環(huán)境污染是冬季北方霧霾的重要來源之一。
中國目前的發(fā)電仍以煤電為主，約占總發(fā)電總量的70%左右，電網(wǎng)的季節(jié)性峰谷差仍有逐年加大的趨勢(shì)。為了增大低谷電的需求、降低燃煤供暖的比例，行之有效地方法是通過儲(chǔ)能供暖增加低谷時(shí)的用戶用電量，一方面實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的削峰填谷，另一方面有效降低居民獨(dú)立燃煤供暖的比例。
北京積極倡導(dǎo)分時(shí)電價(jià)，居民晚上22點(diǎn)至第二天6點(diǎn)屬于用電低谷范圍，電價(jià)為0.3元/(kW·h)，其它時(shí)間電價(jià)為0.4883元/(kW·h)。對(duì)于冬季使用電供暖的用戶，低谷時(shí)電價(jià)為0.1元/(kW·h)。顯熱蓄熱材料是利用物質(zhì)自身溫度的變化來進(jìn)行熱量儲(chǔ)存和釋放，目前英國、西班牙、愛爾蘭、德國、芬蘭、丹麥等國家己經(jīng)生產(chǎn)出大量以Fe3O4為蓄熱介質(zhì)的顯熱蓄熱式電暖器；中國科學(xué)院工程熱物理研究所以水做為蓄熱介質(zhì)，研發(fā)了電鍋爐蓄熱箱；哈爾濱工業(yè)大學(xué)的趙廣播等以固體做為蓄熱介質(zhì)搭建了電蓄熱裝置，并對(duì)蓄放熱過程進(jìn)行了研究；侯
德席等以高密度Fe2O3為蓄熱介質(zhì)開發(fā)了一款電蓄熱采暖器?；诖?，本文提出了以合金做為蓄熱材料的低谷電儲(chǔ)能冷熱雙供系統(tǒng)（heating and refrigeration system，HRS），該系統(tǒng)一方面可以取代中小型燃煤鍋爐供暖以減少無序排放，另一方面還能平衡電網(wǎng)負(fù)荷。
創(chuàng)新及成果展示
為有效緩解中國電力峰谷差逐年拉大的趨勢(shì)，提出低谷電蓄能冷熱雙供系統(tǒng)進(jìn)行居民冬季供熱和夏季制冷。從夏季與冬季的電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率分析，當(dāng)北京市集中供熱面積的10%采用冷熱雙供系統(tǒng)后，夏季電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率可由80.56%提高至100%，冬季電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率可由83.10%提高至90%。
目錄及圖文標(biāo)題
1 HRS原理及流程
圖1 HRS系統(tǒng)流程圖
2 HRS系統(tǒng)主要參數(shù)
2.1 HRS的性能系數(shù)
HRS由儲(chǔ)熱系統(tǒng)和氨吸收式系統(tǒng)兩部分組成，其中實(shí)驗(yàn)測(cè)得蓄熱體的電熱轉(zhuǎn)換效率ηconv為0.975。
以北京地區(qū)作為研究對(duì)象，根據(jù)民用供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[9]對(duì)居民室內(nèi)溫度要求，設(shè)定HRS冬季蒸發(fā)溫度為-10 ℃、用戶供暖溫度為60 ℃，HRS夏季蒸發(fā)溫度為7 ℃。本文用Aspen Plus軟件對(duì)上述供暖和制冷工況進(jìn)行模擬計(jì)算，在熱源溫度140～200 ℃變化范圍內(nèi)，HRS的供熱系數(shù)為1.37～1.4，HRS的制冷系數(shù)為0.59～0.627。本文取HRS系統(tǒng)性能系數(shù)冬季為1.37、夏季為0.6。
2.2 HRS應(yīng)用面積比例的確定
根據(jù)2011年北京統(tǒng)計(jì)年鑒，2010年北京供熱總面積S為4.67億平方米，rs為HRS應(yīng)用面積占供熱總面積的面積比例。居民所需熱量Q為
（1）
式中，l為建筑所需制冷/供熱負(fù)荷，北京居民冬季制熱負(fù)荷為38 W/m2，夏季制冷負(fù)荷為 100 W/m2；rsup為居民供熱/制冷負(fù)荷率，中國供熱系統(tǒng)平均負(fù)荷率約為0.5～0.7，空調(diào)系統(tǒng)平均負(fù)荷率為0.3～0.4左右，本文冬季取0.6，夏季取0.35；T為時(shí)間，單位h。北京市一個(gè)制冷季為兩個(gè)月（62 d，24 h/d），一個(gè)供暖季為四個(gè)月（120 d，24 h/d）。
居民供熱和制冷所需電量全部由谷電提供，采用HRS后的填谷電量Pf如式(2)所示
（2）
式中，ηconv為蓄熱體的電熱轉(zhuǎn)換效率；COM為HRS系統(tǒng)性能系數(shù)，冬季取1.37，夏季取0.6。
電網(wǎng)用電負(fù)荷率是電力企業(yè)的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考核，它是電網(wǎng)的平均用電負(fù)荷與最高用電負(fù)荷的比率，是衡量用電均衡程度和負(fù)荷管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)；從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度考慮，負(fù)荷率愈高，則表明電氣設(shè)備的利用率愈高，愈有利于降損 節(jié)能。
應(yīng)用HRS可以提高平均用電負(fù)荷率，本文將從用電負(fù)荷率的角度確定HRS系統(tǒng)的應(yīng)用面積 比例。電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率的計(jì)算如式(3) 所示
（3）
式中，為未應(yīng)用HRS系統(tǒng)時(shí)的日平均用電負(fù)荷，為每日最大用電負(fù)荷。
未應(yīng)用HRS時(shí)，2010年北京市用電（Pbef）[10]情況為：供暖季期間用電288.26億千瓦時(shí)，每日平均用電負(fù)荷為10.01 GW，平均供電負(fù)荷率rg為83.1%，則由式(3)得供暖季日最大用電負(fù)荷為12.045 GW；制冷季期間用電155.8億千瓦時(shí)，每日平均用電負(fù)荷為10.47 GW，平均供電負(fù)荷率為80.56%，則由式(3)得制冷季每日最大用電負(fù)荷為12.997 GW。
采用HRS后的平均日用電負(fù)荷為
（4）
將式(2)帶入式(4)得到填谷后的平均用電負(fù)荷率，將代入(3)式得到了填谷后的用電負(fù)荷率。圖2為HRS在不同應(yīng)用面積比例下填谷后的北京市平均用電負(fù)荷率。由于冬季氨吸收式熱泵的制熱系數(shù)較高，每平方米所需HRS提供的供熱負(fù)荷少，當(dāng)HRS應(yīng)用面積比例為15%時(shí)，平均用電負(fù)荷率為93%；夏季氨吸收系統(tǒng)制冷系數(shù)低，每平米HRS所需提供的冷負(fù)荷多，但是HRS系統(tǒng)每平米所需谷電量也比冬季多。因此當(dāng)HRS應(yīng)用面積為10%時(shí)，夏季電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率已達(dá)到100%。
圖2 北京市HRS應(yīng)用面積比例對(duì)電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率的影響
3 結(jié)論
（1）為了緩解中國北方地區(qū)的冬季霧霾，本文提出了低谷電儲(chǔ)能冷熱雙供系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用低谷電儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)了冬季供暖、夏季制冷的功能。
（2）低谷電儲(chǔ)能冷熱雙供系統(tǒng)可以提高電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率，當(dāng)北京城鎮(zhèn)集中供熱面積10%應(yīng)用冷熱雙供系統(tǒng)后，夏季電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率可由80.56%提高至100%，冬季電網(wǎng)平均用電負(fù)荷率由83.10%提高至90%。
因此，中國北方的冬季供暖可以將集中供暖與低谷電儲(chǔ)能供暖的組合方式取代居民燃煤供暖、燃煤供暖、燃天然氣供暖或直接電加熱供熱的模式，從而加快國家節(jié)能減排的步伐。
文章來源
白 芳，陳旭東，尹少武，劉傳平，童莉葛，王 立. 低谷電儲(chǔ)能冷熱雙供系統(tǒng)分析[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2017, 6(4): 726-729.
