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蓄热式电加热设备为电采暖披上节能外套
来源:联电过滤 时间:2014-10-22 点击:2065
随着近几年环保意识的逐渐深入人心,在我国的电量供给较以往有所提高的形势下,比普通电采暖方式更具节能效果的蓄热式电采暖设备的推广已逐渐提上日程。近期电力部门出台的一系列优惠政策充分表明,积极推广电热蓄能式供暖已成为一些电力企业要抓的重点之一。本文将从电采暖现状、蓄热式电采暖技术分析、几种蓄热电采暖系统比较这三个方面展示说明蓄热式电采暖的优势与良好的应用前景,在能源危机日益严重的将来应作为主要的采暖手段之一而得到普及。
 
  电采暖现状分析
 
  经过夏季的用电高峰之后,很多地区又迎来了冬季采暖用电高峰。目前很多省市鼓励用户冬季采暖以电代煤,如北京市已有600万平方米建筑使用了电采暖方式,而今年则有望达到1000万米。由于上个冬季我国共有七个省市拉闸限电,已经敲响了电力行业的警钟,今年随着采暖高峰的来临,电力行业的压力依然较大。尤其是华东地区有着很大的取暖负荷。据华东电网有关负责人介绍,今冬华东电力缺口高达1700万千瓦,预计将有再次拉闸限电的可能。而华南、珠三角等地区,用电紧缺现象同样严重。虽然我国早已意识到电力行业的紧缺现象,修建了诸如“西电东送”输电工程、葛洲坝大型发电工程等等,但相比,电力供应的增长仍然跟不上日益增长的人民生活需求。尽管我国今年投产机组将超过4000万千瓦,但我国缺电形势依然严重。
 
  电能供暖的方式有很多,如电散热器、电热锅炉和电热泵等。山东一些专家认为,集中供热涉及电厂、热厂、用户等多个经营环节,容易引发资费纠纷,同时集中供热要消耗大量煤炭,还平添管道铺设和维护、土地占用等投入及管理成本,既麻烦又浪费,应该被电暖等方式取代。
 
  据了解,目前在北欧一些国家,用电作能源供暖已经比较普遍。从发展方向上看,水暖向电暖和气暖发展也是合乎环保发展趋势的。电采暖提高了采暖质量,可以实现住户随心所欲调节室温和开关的实际需要。但这也是一个颇有争议的话题。有专家认为城市多元化的采暖结构有助竞争,但也有专家认为热电又被还原成热能会造成资源浪费。
 
  蓄热式电采暖:为电采暖摘下耗能帽
 
  电动采暖系统的应用和推广,应以电力相对富裕为前提。实际上,电力方面最突出的问题是峰谷差的不断拉大。如果电采暖系统仅在电力低谷期运行,则会削减电力负荷的峰谷差,有利于电力网的安全稳定运行。从经济上看可使用便宜的谷价电能,使电采暖系统运行成本的大幅度降低。而要实现电采暖系统电力低谷运行,则需要利用蓄热式电采暖设备。
 
  蓄热式电采暖设备是一种清洁,安全,舒适和可靠的供热方式。目前这种电采暖方式在北美和欧洲用于冬季取暖十分流行。相比之下,我国蓄热的应用较少,主要集中在余热或废热利用等方面。蓄热装置的作用表现为平衡供热量和热负荷之间的关系、减小设备容量和提高系统效率等方面。因此,在采暖热负荷一定的情况下,改变不同时间电采暖系统供热量的大小,在电力低谷期多用电供热,电力高峰期少用电或不用电供热,供热量与热负荷之间的平衡可通过蓄热装置实现,从而达到减小电力峰谷差的目的。
 
  蓄热型式按蓄存介质的不同有直接蓄存和间接蓄存两种。间接蓄存采用某种中间介质作为蓄存介质来蓄热。这种蓄热方式的蓄热温度较高,如岩和油组成的蓄存介质蓄热温度达304℃,而用一种熔化的硝酸盐作为蓄热介质蓄热温度可达566℃,但间接储存方式的投资大,而采暖空调所用热量温度相对较低,故不宜采取这种蓄热方式。直接蓄热可将待蓄存的热水或蒸汽直接储存在蓄热容器内。直接蓄热又可分为无压蓄热和有压蓄热。无压蓄热方式最高蓄热温度可达95℃,且投资低。有压蓄热方式是将蒸汽或高温热水直接存蓄在球状或圆柱形压力容器内,蓄热温度最高可达200℃。但有压蓄热方式投资大,相当于无压方式的2至5倍。
 
  蓄热式电采暖方式如今已获得政府部门的支持并开始推广。例如北京市政府为进一步治理大气污染,优化能源消费结构,改进城市环境,今年开始鼓励北京市居民使用电采暖设备替代燃煤取暖,并制订优惠办法,从今年11月1日开始对冬季使用电采暖的用户实行低谷用电的优惠价格。优惠对象主要针对以电能为主要能源的采暖系统,优惠价格从每晚23:00到早晨7:00,收费由白天的0.44元/度优惠为0.2元/度,其中重点推广的便是蓄热式电采暖设备。
 
  几种蓄热电采暖系统的比较
 
  热水蓄热装置
 
  由于采用蓄热,从整体的角度看,电动采暖系统起到了对电网的削峰填谷作用,从局部上讲,由于消耗的是低价电能,采暖系统的运行成本会大幅度降低。但是,采暖设备的投资也会相应增加,因为热源容量与无蓄热时相比增大了,同时又增加了蓄能设备。从能耗方面看,由于蓄能损失,与无蓄热相比,系统的能耗增加了。对于热泵系统,由于提高制取热量的温度,热泵性能系数显著降低,同样增大了系统能耗。
 
表1 各蓄热采暖系统有关指标的对比(采暖面积:1万m2,采暖指标:35w/m2
指标
系统型式
蓄热容量(GJ)
无压热水蓄热
有压热水蓄热
相变蓄热
耗电功率(kW)
电力削峰填谷量(kW)
蓄热温度范围(℃)
蓄热容积(m3)
蓄热温度范围(℃)
蓄热容积(m3)
蓄热温度范围(℃)
蓄热容积(m3)
有蓄热
无蓄热
电锅炉
18.7
40~90
85.1
40~190
33.1
-
-
866.9
433.4
866.9
电动热泵
40~70
141.7
-
-
-
-
433.4
216.7
433.4
相变蓄热电暖器
-
-
-
-
500
11.2
823.6
411.8
823.6
 
  对于电动热泵采暖装置,由于热泵的性能系数COP随着所制取热量的温度升高而明显降低,因而本文选取热泵制取热水的最高温度为70℃,相应的COP取为2.0,蓄热器只能采用无压型式。而电炉采暖系统可采用有压和无压两种蓄热装置,而且由于蓄热介质为水,电炉应以电锅炉的形式加以应用。设热水蓄热效率为85%,一天中电力峰谷各占12小时,由此表1给出了采用蓄热装置后采暖系统的有关指标。可以看出,从电力削峰填谷方面讲,增设蓄热器后的电炉采暖系统所起的作用最为显著。从蓄热器容积看,有压热水蓄热的容积明显小于无压热水蓄热,但有压热水蓄热器属于压力容器,存在安全问题。
 
  增设蓄热装置后,采暖系统的初投资将会增加,包括蓄热装置的投资和采暖系统本身因蓄热而增加的投资等。这部分附加投资的大小与蓄热装置的型式、体积、位置以及系统运行方式等有关。对于电动热泵,只有当单位供热量系统附加投资小于1500元/kW(热)时,采暖系统经济性才会比无蓄热时好。一般情况下系统附加投资小于该值。但如果蓄热器空间占用费昂贵,例如设置在市区黄金地段内,则可能使系统的蓄热附加投资骤增,导致蓄热不能提高整体系统的经济性。对于电锅炉,只要单位供热量蓄热附加投资小于4900元/kW(热),采暖系统经济性就会比无蓄热时好,通常系统蓄热附加投资不会大于此值。因此,对于电动热泵采暖,是否增设蓄热装置,应根据具体情况加以分析论证后决定。而电锅炉采暖增设蓄热装置的效果是很明显的。
 
  蓄热电暖器
 
  在电动采暖中,可以通过热水蓄热实现电力的削峰填谷。但是由于蓄热器的容积很大,只能用于集中式的电动供热系统,若与家用电暖器结合,将会占用房间较大空间,这是不现实的。为此,一种电暖器与相变蓄热相结合的采暖装置-相变蓄热电暖器被提出来。该相变蓄热电暖器包括温控、时控的双重控制开关、电加热装置、换热容器、密闭在其中的相变材料和保温隔热外套组成。其特征在于时控开关内固化了时控程序,使电加热器只能在某一时间段内(电网负荷低谷段)接通。当电加热装置接通电源后,相变材料开始升温融化。当相变材料完全融化时,温控开关使加热装置停止工作,这时热量主要由相变材料以潜热方式储存起来。在室内需要加热的时候,打开风门或开启电扇,电暖器开始对外放热,液态的相变材料逐渐凝固,同时放出凝固热。由于相变过程为近似等温过程,相变潜热较大,故即使在不通电的情况下也能近似等温放热较长时间。实际应用中,电暖器外部设置隔热套,能达到很好的保温效果。隔热套保证所蓄热量存在于电暖器内,需要取暖时,隔热套部分或者全部打开,换热容器向外放出热量。隔热套的形状可以做成带有进出气门的整体箱式结构,在出气口可设置排风扇,也可以不设置风扇,完全依靠自然对流和室内空气进行热交换。由于相变材料蓄热能力大,蓄热效率高,而作为热源的电加热器成本较低,因而可以克服以上热水蓄热的不足。
 
  由表1看出,这种采暖装置的蓄热容积仅为无压热水蓄热器的约八分之一,是有压热水蓄热器的约三分之一。同时,其初投资也相对较小。另外,相变蓄热电暖器调节灵活,设置在采暖房间内,即开即用,放热功率可由风扇或者风门控制,因而可减小最大采暖负荷小时数。该种采暖装置的经济性好于电炉和燃气锅炉采暖。同时,这种电暖器可以减小电力峰谷差,对于电网安全高效运行具有积极意义。因此,相变蓄热电暖器是一种具有良好发展前景的新型采暖系统。但由于相变蓄热电暖器的耗电功率高,当房间采暖负荷较大时,存在用户电路改造问题。
 
  结束语
 
    蓄热式电采暖是一种经济效益和社会效益都非常好的采暖形式,对于解决污染及其本身具有的“移峰填谷”作用,提高了电网的效率。但是,投资费用大也是阻碍电热蓄能式供暖推广的瓶颈,因此政府部门应推出相应的优惠政策,鼓励采暖系统增设蓄热装置,在电力峰谷差不断拉大的今天,蓄热在电动采暖中的应用应该进一步引起充分的重视。 
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