中國儲能網(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。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能供暖增加低谷時的用戶用電量，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)分時電價，居民晚上22點(diǎn)至第二天6點(diǎn)屬于用電低谷范圍，電價為0.3元/(kW·h)，其它時間電價為0.4883元/(kW·h)。對于冬季使用電供暖的用戶，低谷時電價為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，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由儲熱系統(tǒng)和氨吸收式系統(tǒng)兩部分組成，其中實(shí)驗(yàn)測得蓄熱體的電熱轉(zhuǎn)換效率ηconv為0.975。
以北京地區(qū)作為研究對象，根據(jù)民用供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[9]對居民室內(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軟件對上述供暖和制冷工況進(jìn)行模擬計算，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為時間，單位h。北京市一個制冷季為兩個月（62 d，24 h/d），一個供暖季為四個月（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)荷率的計算如式(3) 所示
（3）
式中，為未應(yīng)用HRS系統(tǒng)時的日平均用電負(fù)荷，為每日最大用電負(fù)荷。
未應(yīng)用HRS時，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，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，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，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，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能冷熱雙供系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用低谷電儲能實(shí)現(xiàn)了冬季供暖、夏季制冷的功能。
（2）低谷電儲能冷熱雙供系統(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. 低谷電儲能冷熱雙供系統(tǒng)分析[J]. 儲能科學(xué)與技術(shù), 2017, 6(4): 726-729.
