水導(dǎo)熱油熔鹽儲能介質(zhì)對比

Preparedon22November2020Preparedon22November2020水導(dǎo)熱油熔鹽儲能介質(zhì)對比熔鹽傳熱蓄熱與導(dǎo)熱油熔鹽蓄熱比較序號傳統(tǒng)槽式儲能系統(tǒng)槽式儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性和優(yōu)勢（按50MW蓄熱8小時電站計算）1導(dǎo)熱油傳熱熔鹽傳熱遠低于導(dǎo)熱油的價格2導(dǎo)熱油的更換無需更換導(dǎo)熱油需要3年左右換一次，馬氏熔鹽30年不用換。節(jié)約運營成本超過1億元。3有一套導(dǎo)熱油-熔鹽換熱系統(tǒng)無需此系統(tǒng)同時減少了控制設(shè)備投入和降低了系統(tǒng)控制難度。節(jié)約投資成本大約幾千萬。4集熱管內(nèi)部壓力16bar集熱管內(nèi)部壓力小于2bar傳熱管路內(nèi)部壓力的降低可以極大的降低對焊接、閥門、彎頭密封等的要求，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。節(jié)約運行維護成本。5熔鹽蓄熱溫區(qū)286～393℃熔鹽蓄熱溫區(qū)150～550℃單位體積熔鹽蓄熱能力強3倍，可以減少熔鹽用量至1/3，同時減少冷、熱儲鹽罐體積至1/3，并可以降低熔鹽泵液下長度。節(jié)約投資成本超過1億元。6蒸汽溫度386℃蒸汽溫度535℃提高了汽輪機參數(shù)，可使電站發(fā)電效率增加大約2%，年發(fā)電量也相應(yīng)增加大約14%。增加電站收益每年數(shù)千萬元。7系統(tǒng)最低溫度286℃系統(tǒng)最低溫度150℃系統(tǒng)運行的最低溫度降低有利于保溫和防止熔鹽凍堵，并可以實現(xiàn)熱能的梯級利用，發(fā)電的同時可以余熱供暖。增加供熱收入。8導(dǎo)熱油有污染熔鹽無污染熔鹽化肥，可以重復(fù)使用，環(huán)境友好無污染。節(jié)約了對廢棄導(dǎo)熱油后處理的費用。表：傳統(tǒng)槽式系統(tǒng)與百吉瑞熔鹽槽式系統(tǒng)的對比我國北方廣大城鎮(zhèn)地區(qū)采暖季采用分散燃煤小鍋爐、小火爐采暖，造成嚴重的冬季空氣污染，另一方面，這些地區(qū)的可再生能源卻由于消納不足，面臨著嚴重的“棄風(fēng)棄光問題”，因此利用可再生能源開展北方地區(qū)電儲熱供暖具有重要的意義。北方地區(qū)能否順利推廣電儲熱供暖項目，電采暖項目能否被供熱市場接受，最關(guān)鍵的問題就是電儲熱采暖項目的經(jīng)濟性，本文從電儲熱供暖項目的投資成本，運行費用入手，針對當(dāng)前的電價政策，供熱價格，分析電儲熱供暖項目的經(jīng)濟可行性和存在的問題，并給出促進電儲熱供暖發(fā)展的建議。2、電儲熱技術(shù)電儲熱供暖項目是利用電網(wǎng)中的過?？稍偕茉矗虻凸入妰r時的電能，通過電加熱設(shè)備，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，存儲在儲熱設(shè)備中，當(dāng)需要對外供熱時，將存儲的熱能通過換熱器釋放，轉(zhuǎn)化為熱風(fēng)、熱水、蒸汽等形式對外輸出，可滿足民用供暖需求，也能夠滿足工業(yè)用熱，如下圖1所示。圖：電儲熱供暖項目示意圖根據(jù)儲熱設(shè)備的載熱材料不同，儲熱技術(shù)主要可分為水儲熱，固體儲熱和熔鹽儲熱。(1)水儲熱技術(shù)就是將熱能以熱水的形式存儲起來，根據(jù)存儲熱水的溫度和壓力，水儲熱又可分為常壓儲熱和承壓儲熱;常壓儲熱的溫度利用范圍一般在35℃~85℃，特點是儲熱設(shè)備投資成本低，無需換熱設(shè)備，適用于對供熱溫度要求不高的民用采暖領(lǐng)域，缺點是儲能密度小，占地面積大;承壓水儲熱的溫度一般在120℃~150℃，優(yōu)點是儲能密度提高，可對外提供蒸汽供熱，主要問題是需要承壓容器，存在一定安全風(fēng)險，設(shè)備成本較高。下圖2是丹麥Avedre熱電廠用于滿足地區(qū)供熱的熱水儲能罐，容積為2x24,000m3，儲熱溫度為120℃，熱水壓力10bar。圖：丹麥Avedre熱電廠的承壓熱水儲能罐(2)固體儲熱一般采用金屬氧化物作為儲熱介質(zhì)，如高密度鐵鎂金屬氧化物材料，儲熱溫度最高可達800℃，利用空氣作為換熱介質(zhì)，由變頻風(fēng)扇驅(qū)動空氣進行熱量循環(huán)和交換，固體儲熱示意圖如圖3所示。固體儲熱溫度高，儲能密度較大，對外輸出熱能的形式多樣，既可以提供最高溫度400℃的熱風(fēng)，也能夠提供300℃以下的熱油，還可以提供高溫蒸汽和熱水，因此能夠滿足工業(yè)和民用多個領(lǐng)域的用熱需求。圖：固體儲熱裝置(3)熔鹽儲熱系統(tǒng)，將電能轉(zhuǎn)化為高溫熔融態(tài)無機鹽類的顯式熱能，也就是通過電加熱器將廉價電能轉(zhuǎn)化為熱能，使熔鹽溫度升高，存儲在高溫熔鹽罐中;當(dāng)需要對外供給熱能時，高溫熔鹽在換熱器內(nèi)釋放存儲的熱量，溫度降低后的熔鹽存入低溫熔鹽罐，如圖4所示。熔鹽儲熱的儲熱介質(zhì)和傳熱介質(zhì)一般為硝酸鹽混合物，如太陽光熱發(fā)電中常用的“太陽鹽”，硝酸鈉和硝酸鉀混合物，或者其他低熔點鹽類，具有無蒸發(fā)壓力，腐蝕性小，比熱容大，熱化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點。熔鹽儲熱具有工作溫度范圍寬，儲能密度大，能夠產(chǎn)生高溫高壓蒸汽的優(yōu)點，適用于火電廠靈活性改造的熱能存儲，工業(yè)園區(qū)熱能綜合利用，工業(yè)用熱和大規(guī)模民用集中供暖等領(lǐng)域。圖：雙罐式熔鹽儲熱設(shè)備水儲熱、固體儲熱和熔鹽儲熱這3種儲熱技術(shù)的特點和應(yīng)用領(lǐng)域可列表1如下所示：表：各種儲熱技術(shù)特點對比表3、電儲熱采暖項目投資分析一般來說，供暖項目的投資成本取決于采暖建筑的供暖能耗水平，越節(jié)能的建筑需要供暖能耗越少，相應(yīng)配置的供熱容量越小，供暖項目的投資成本和運營費用越低。以北京地區(qū)供熱面積為50000m2的住宅建筑冬季采暖設(shè)計為例，按照國家“民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)(GB/T51161-2016)”的采暖指標(biāo)約束值和引導(dǎo)值，分別估算固體儲熱電供暖項目的投資成本和經(jīng)營成本。投資成本估算按照“嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(JGJ26-2010)”和“民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(JGJ26-95)”確定的采暖技術(shù)參數(shù)作為采暖設(shè)計熱指標(biāo)的引導(dǎo)值和約束值，如下表2所示，循環(huán)水泵的耗電輸熱比忽略不計。表：采暖設(shè)計熱指標(biāo)的約束值和引導(dǎo)值對比表根據(jù)上述公式，按照8小時電儲熱，24小時供熱，分別計算采暖設(shè)計熱負荷指標(biāo)約束值和引導(dǎo)值下的電儲熱供暖項目的設(shè)備供熱負荷和儲熱容量等參數(shù)用于計算供熱設(shè)備投資。除了電儲熱設(shè)備及其安裝工程外，供暖項目的投資費用還包括水循環(huán)系統(tǒng)，電氣設(shè)備和控制系統(tǒng)等設(shè)備的采購和安裝，另外，還需要建設(shè)管理費用和設(shè)計費用等，供熱項目工程總投資按照單位千瓦投資800元/KW估算，如下表3所示。表：采暖設(shè)計熱指標(biāo)約束值和引導(dǎo)值下的工程參數(shù)表經(jīng)營成本估算電儲熱供暖項目的經(jīng)營成本主要包括供熱購電成本，用水費用，設(shè)備修理費，職工薪酬和其他費用。(1)購電成本供熱項目的電費支出是項目經(jīng)營成本的主要內(nèi)容，由于項目的運行方式為谷電時段存儲熱能，平電和峰電時段輸出熱能，因此具有移峰填谷，不增加供電容量，運行費用低的優(yōu)勢。水循環(huán)系統(tǒng)的水泵電能消耗暫時忽略不計。這里根據(jù)國家“民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)(GB/T51161-2016)”的采暖耗熱量指標(biāo)的約束值和引導(dǎo)值進行電量消耗估算。根據(jù)上述公式，分別計算采暖耗熱量指標(biāo)約束值和引導(dǎo)值下的電儲熱項目的耗電量，結(jié)果如下表4所示。圖：采暖設(shè)計熱指標(biāo)約束值和引導(dǎo)值下的耗電量對比表(2)用水費用參考其他供熱項目的用水費用情況，估算本供熱項目水費支出萬元。(3)設(shè)備維修費參照項目固定資產(chǎn)原值的1%進行估算。(4)職工薪酬項目定員2人，年工資萬元，福利費、勞保統(tǒng)籌、住房基金等合計為年工資總額的70%計算，職工薪酬支出為萬元。4、經(jīng)濟評價電儲熱供暖項目的經(jīng)濟評價計算期為20年，項目當(dāng)年建成投產(chǎn)，當(dāng)年投入運營，其中工程建設(shè)期為年，生產(chǎn)經(jīng)營期為20年。項目資金全部為自有資金，暫不考慮銀行貸款。供熱項目收入按照北京地區(qū)的一般民用供暖價格24元/m2計取，年供熱收入為120萬元。電價方面，按照北京地區(qū)民用低谷電價格元/KWh進行供熱電費測算。供熱項目補貼方面，按照北京地區(qū)《2017年農(nóng)村地區(qū)冬季清潔取暖工作實施方案》，北京市區(qū)兩級財政對供熱項目按照設(shè)備購置費用的2/3進行補貼。稅金方面，所得稅按照利潤總額的25%計取;增值稅免征。供熱項目的固定資產(chǎn)折舊期20年，殘值率5%，綜合折舊率則為%，項目總成本費用見下表5。圖：采暖設(shè)計熱指標(biāo)約束值和引導(dǎo)值下的總成本費用對比表從上表可以看出：(1)在電價為元/KWh的條件下，當(dāng)供熱項目熱負荷設(shè)計采用采暖熱指標(biāo)約束值時，供熱能耗較大，耗電量較多，購電成本較重，造成項目經(jīng)營成本支出高于供熱收入，入不敷出，項目不具備經(jīng)濟可行性。(2)在電價同樣為元/KWh的條件下，當(dāng)供熱項目熱負荷設(shè)計采用采暖熱指標(biāo)引導(dǎo)值時，供熱能耗大幅降低，電能消費大幅減小，電費支出減少，經(jīng)過計算，項目補貼后的稅后項目投資內(nèi)部收益率IRR為%，以基準(zhǔn)收益率8%計算項目稅后凈現(xiàn)值NPV為萬元，該項目具備經(jīng)濟可行性。以上分析可以得出建筑保溫能耗狀況對供熱項目的經(jīng)濟性有很大影響，建筑保溫能耗越小，電儲熱供暖項目的經(jīng)濟性越好。5、結(jié)論與建議北方地區(qū)采用電儲熱供暖方式一方面可以減少分散式燃煤低效供暖，減少空氣污染，另一方面可以利用電儲熱優(yōu)勢，大幅提高可再生能源的就地消納水平，有利于減少“棄風(fēng)棄光”。但與此同時，還需要注意，與燃煤供暖相比，采用電儲熱供暖還存在一次投資相對較大的問題;另外，在當(dāng)前電價體制下，電儲熱供暖項目的經(jīng)營成本過大，不利于電儲熱供暖項目的市場化推廣。當(dāng)前，國家能源局正在編制《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2020年)》，規(guī)劃將配套制定資金支持、價格機制、電力直接交易、能源供應(yīng)保障、體制機制改革等多方面的支持保障措施推進北方地區(qū)清潔供暖。為此，結(jié)合本文的電儲熱項目的經(jīng)濟性分析結(jié)論，提出如下建議：(1)政府財政對電儲熱供暖項目進行投資補貼，以降低項目投資成本，減少供熱項目運營壓力。(2)對擬開展電儲熱供暖改造的住宅建筑進行供暖