冰蓄能空調技術及其發(fā)展

　　關鍵詞：電力 儲能空調

　　1、引言

　　我國是一個能源供應十分緊張的國家，建國以來，特別是改革開放以來，政府雖用了大量的財力建設電廠，仍滿足不了每年用電以6～8％增長的需要，近年來隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和生活水平的提高，導致中央空調的需求量越來越大，一些大中城市空調用電量已占其高峰用電量的35％以上，使得電力系統(tǒng)峰谷荷差加大，電網(wǎng)負荷率下降，電網(wǎng)不得不實行拉閘限電，嚴重制約工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和投資環(huán)境，為此電力部門已明確提出到2010年電網(wǎng)移峰填谷達1500～2000萬kW。與其相配套的優(yōu)惠用電政策也相繼出臺，這給冰儲能中央空調的廣泛應用帶來了契機。

　　2、空調冷（熱）源簡介

　　工業(yè)與民用建筑中中央空調用冷熱源常見的類型如表1所示，以每小時提供100萬大卡的不同形式的空調冷熱源的經(jīng)濟性比較，如表2。

　　表1.中央空調常用冷熱源分類

　　表2.制冷量為1162kW(100萬kcal/h)制冷機房經(jīng)濟性能比較

　　由此可知電動空調簡單、安全、可靠、經(jīng)濟高效、但需要用電驅動，無疑將加大了電網(wǎng)

　　高峰用電的緊張程度。

　　3、空調冷（熱）負荷分析

　　綜合分析一些已建成投運的建筑物，不難發(fā)現(xiàn)其空調冷熱負荷有以下一些基本特點：

　?。?）空調年運行負荷率低，一般達到設計負荷50％以下的運行時間占全年運行時間的65％。

　?。?）空調日負荷曲線一般同電網(wǎng)用電負荷曲線同步。

　?。?）空調用電量高峰時達到城市總用電負荷的25％～35％，加大了電網(wǎng)的峰谷荷用電差,加強用電需求側管理勢在必行。

　?。?）冰蓄能空調技術能幫助電網(wǎng)有效實行移峰填谷。

　　圖1 典型建筑物的空調負荷隨時間的分布狀況

　　4、冰蓄冷空調原理及優(yōu)缺點分析

　　蓄能空調是指建筑物空調時所需冷（熱）負荷的全部或者一部分在非使用空調時間制備好，將其能量蓄存起來供空調時使用。具有以下明顯優(yōu)點和不足。

　　4.1 優(yōu)點

　　1.平衡電網(wǎng)峰谷荷，減緩電廠和供配電設施的建設。2.制冷主機容量減少，減少空調系統(tǒng)電力增容費和供配電設施費。3.利用電網(wǎng)峰谷荷電力差價，降低空調運行費用。4.冰蓄能技術無污染、無噪聲、安全可靠且自動化程度高不需要專人管理。5. 冷凍水溫度可降到1－4℃，可實現(xiàn)大溫差、低溫送風空調，節(jié)省水、風輸送系統(tǒng)的投資和能耗。6.相對濕度較低，空調品質提高，可有效防止中央空調綜合癥。7.具有應急冷〔熱〕源，空調可靠性提高。8.冷（熱）量全年一對一配置，能量利用率高。

　　4.2 缺點

　　1.通常在不計電力增容費的前提下，其一次性投資比常規(guī)空調大。 2.蓄能裝置要占用一定的建筑空間。3.制冷蓄冰時主機效率比在空調工況下運行低。4.設計與調試相對復雜。

　　以上4項缺點經(jīng)過有關政府部門和工程技術人員的努力，有些已得到克服，有些得到了緩解，有些尚在進一步研究當中。冰蓄冷空調一次性投資較常規(guī)空調大已得到了有效的克服，通常對于適合采用冰蓄冷空調的建筑，如常規(guī)空調系統(tǒng)選用風冷熱泵或直燃型溴化鋰吸收式制冷機，一般冰蓄冷空調投資不會超過常規(guī)空調系統(tǒng)；但如果常規(guī)系統(tǒng)選用水冷式電動冷水機組則其投資通常較冰蓄冷低20％左右，但是如計及電力增容費其二者投資也有可能持平。冰蓄能空調機房面積可做到不超過常規(guī)空調冷凍機房占用的建筑面積。可利用自控系統(tǒng)，將蓄存的冷量全年一對一有效利用，可做到空調全年用電量不增加，如結合大溫差、超低溫送風空調技術其全年用電量可得到節(jié)約。最后一項缺點，可由蓄能專業(yè)工程公司承擔，采用設計、制造、安裝、調試、售后服務一條龍作業(yè)。能有效克服設計與調試相對復雜的不足。

　　4.3 蓄能設備

　　4.3．1、蓄冰裝置按制冰方式不同和結構形式不同可分為：

　　（1）直接蒸發(fā)制冰。 a) 金屬盤管外融冰式 b) 片冰機、管冰機、板冰機等機械制冰。 c) 冰晶式

　　圖2 金屬盤管外融冰式（直接制冰式）

　?。?）間接蒸發(fā)制冰

　　a) 金屬（蛇形）盤管內融冰式。 b) 完全凍結式：如螺旋狀塑料盤管、

　　U型塑料管。 c) 容器式：如冰球、冰板、冰管等。

　　5、冰蓄能空調技術的國內外發(fā)展狀況

　　5.1 冰蓄能空調技術發(fā)展歷史

　　二十世紀三十年代冰蓄能空調始用于教堂，七十年代由于能源危機的爆發(fā)以及隨著經(jīng)濟、生活水平的提高導致中央空調大量的使用加劇了電網(wǎng)的峰谷荷差?？照{儲能技術重新得到重視。美國蓄能協(xié)會預測到2010年全美空調采用蓄能技術將達到95％以上。新世紀冰蓄冷、大溫差、超低溫、變風量空調系統(tǒng)是中央空調發(fā)展的最主要方向。

　　5.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

　　七十年代末蓄能技術得到了迅猛的發(fā)展，迅速派生出水蓄能、冰蓄冷、化合物蓄能技術。應用范圍從工業(yè)冷卻到建筑物空調、區(qū)域供冷和電廠蓄能。

　　表3是 日本國蓄冷空調的應用統(tǒng)計。

　　表3.不同時期蓄冷空調在日本國的應用數(shù)量統(tǒng)計（2003年底）

　　政府社會對蓄能技術給予有力支持如：經(jīng)濟電價、轉移高峰電力獎勵、銀行貸款、政策壓力。

　　5.3 冰蓄能空調國內發(fā)展現(xiàn)狀

　　■ 九十年初代開始引進和研制，至1995年各式蓄冰系統(tǒng)都建有工程實例如：水蓄冷、直接蒸發(fā)式冰盤管、機械制冰、外融冰盤管、完全凍結式塑料盤管、不完全凍結式盤管、冰球、冰板式等等。

　　■ 參與研究開發(fā)與生產(chǎn)的產(chǎn)、學、研機構已達十六家之多，如中國科大、浙江大學、上海交大、清華大學、同濟大學、重慶建筑大學、天津大學、東南大學、上海理工大學等著名大學；國家電力公司杭州機械設計研究院、廣州能源研究所，國電公司還設有專門的蓄能空調研究中心。

　　表4.1999年底國內蓄冰空調應用狀況統(tǒng)計

　　6、經(jīng)濟性分析

　　冰蓄冷空調移峰填谷的經(jīng)濟效益

　　全國如有300家3萬平方米的商場采用蓄冰空調則相當于建設了一座30萬kW的調峰電廠。其社會效益和經(jīng)濟效益是顯而易見的。

　　1〕從電網(wǎng)分析：

　　火電：7000元/kW左右。30萬kW調峰電廠投資約21億。

　　抽水蓄能電站：5500 元/kW左右，30萬kW調峰電廠投資約21億。

　　蓄冰：小于2000元/kW，轉移30萬kW高峰負荷投資共計6億元。

　　以上3點還未計及建設電廠占用土地、電廠管理以及對環(huán)境的污染。

　　2〕用戶實例分析：廣州市體育館冰蓄冷中央空調

　　表5.廣州市體育館中央空調各方案經(jīng)濟性比較表

　　(蓄冰冷凍機房單位面積設備造價:221元/m2)

　　7、加速蓄能空調技術發(fā)展的幾點建議

　　7.1、各國政府的支持政策

　　1〕美國： 峰谷分時電價差較大，蓄能用戶享受半價或某時段全免費谷荷電價；給用戶一次性獎勵，每轉移1kW高峰電力，電力公司給予用戶200－300美元獎勵。

　　2〕韓國：峰谷分時電價差較大，蓄能用戶享受半價或某時段全免費谷荷電價；給用戶一次性獎勵，每轉移1kW高峰電力，電力公司給予用戶180美元獎勵；政府明令占地面積大于2000平方米的飯店、醫(yī)院、商業(yè)大樓等必須設置空調蓄能系統(tǒng)。

　　3〕日本：峰谷分時電價差較大，蓄能用戶享受谷荷電價7折優(yōu)惠；給用戶一次性獎勵，每轉移1kW高峰電力，電力公司給予制造廠用戶200美元獎勵；政府鼓勵用戶采用空調蓄能系統(tǒng)。

　　7.2、建議我國政府及各職能部門給予以下支持

　　1 轉移高峰電力獎勵，如供電貼費減免、貼息貸款、租賃等；采取有效措施降低供配電設施成本；合理電價，如兩部制電價、峰谷分時電價，電價差的絕對值應在0.6元/度以上；建立基金給電力營銷人員、設計人員、用戶及制造工廠一定的精神和物質獎勵。

　　7.3、 加大宣傳推廣力度

　　利用新聞媒體廣泛宣傳，從環(huán)保、節(jié)能、有利于國家和企業(yè)；聯(lián)合職能部門如建委、環(huán)保、經(jīng)委制意見訂相關政策影響企業(yè)、設計等單位；修改和制訂標準規(guī)范用戶選用蓄能系統(tǒng)；技術監(jiān)督管理部門積極開展電力蓄能裝置和設備的檢測、認證和推薦工作。

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