晨怡热管  哈尔滨晨怡热管技术有限公司  晨怡热管技术研究所

晨怡热管 http://nx8.net/news/57/ 2006-10-2 1:44:06

日期:2005-12-2 2:19:12 来源:来自网络 查看:[大 中 小] 作者：不详 热度：

叶水泉
杭州华源人工环境工程有限公司（杭州 310012〕

【摘要】本文综合论述了我国电力需求侧采用蓄能技术进行移峰填谷的必要性。以实际工程应用证明了蓄能空调的优越性。并全面介绍了国内外政府相关职能部门对蓄能空调的支持办法，以及在国内外的应用情况。
【关键词】 电力需求  蓄能空调  经济分析  政策建议
【中图类号】Tm925.1

1 引言
    我国是一个能源供应十分紧张的国家，建国以来，特别是改革开放以来，政府虽用了大量的财力建设电厂，仍满足不了每年用电以5－7％增长的需要，近年来随着现代工业的发展和生活水平的提高导致中央空调的需求量越来越大，一些大中城市空调用电量已占其高峰用电量的30％以上，使得电力系统峰谷差加大，电网负荷率下降，电网不得不实行拉闸限电，严重制约工农业生产和投资环境。为此，电力部门已明确提出，到2000年电网移峰填谷达1000～1200万kW。与其相配套的优惠用电政策也相继出台，这给储能中央空调的广泛应用带来了契机
2 空调冷（热）负荷分析
    综合分析一些已建成投运的建筑物，不难发现其空调冷热负荷有以下一些基本特点：
    （l）空调年运行负荷率低，一般达到设计负荷50％以下的运行时间，占全年运行时间的70％。
    （2）空调日负荷曲线一般同电网用电负荷曲线同步。
    （3）空调用电量高峰时达到城市总用电负荷的25％～30%，加大了电网的峰谷荷用电差。为此加强电力需求侧管理势在必行。
    （4）蓄能空调技术能帮助电网有效实行移峰填谷。
3 蓄能空调原理及优缺点分析
蓄能空调是指：建筑物空调所需冷（热）负荷的全部或者一部分在非使用空调时间制备好、将其能量蓄存起来供空调时使用。具有以下优点和不足。
    3.1 优点
    （l）平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。
    （2）制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。
    （3）利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。
    （4）电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。
    （5）冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。
    （6）相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。
    （7）具有应急冷（热）源，空调可靠性提高。
    （8）冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。
    蓄能空调流程及原理如图1所示。

3.2 缺点
    （1）通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大。
    （2）蓄能装置要占用一定的建筑空间。
    （3）制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。
    （4）设计与调试相对复杂。
    以上4项缺点经过有关政府部门和工程技术人员的努力，有些已得到克服，有些得到了缓解，有些尚在进一步研究解决之中。
    冰蓄冷空调一次性投资较常规空调大，已得到了有效的克服，通常对于适合采用冰蓄冷空调的建筑，如常规空调系统选用风冷热泵或直燃型溴化锂吸收式制冷机，一般冰蓄冷空调投资不会超过常规空调系统；但如果常规系统选用水冷式电动冷水机组则其投资通常较冰蓄冷低20%左右，但是如计及电力增容费其二者投资也有可能持平。一些典型工程的比较详见表3-表5。
    经过近几年工程技术界的研究开发，有些蓄能装置可以不占用有效建筑空间。如温州体育馆、建行杭州分行办公楼、上海锦都大厦、杭州国际大厦等等，其蓄冰装置分别采用无压混凝土槽、无压或有压钢槽（罐）等分设于绿化草皮地下、停车场地下、屋顶等非使用建筑空间。蓄能空调机房面积可做到不超过常规空调冷冻机房占用的建筑面积。
    可利用自控系统，将蓄存的冷量全年一对一有效利用，可做到空调全年用电量不增加，如结合大温差、超低温送风空调技术其全年用电量可得到节约。
    最后一项缺点，可由蓄能专业工程公司承担，采用设计、制造、安装、调试、售后服务一条龙作业。能有效克服设计与调试相对复杂的不足。
3.3 蓄能设备
3.3.1 蓄冰装置按制冰方式不同和结构形式不同可分为：
    直接蒸发制冰
    a）金属盘管外融冰式。
    b）片冰机、管冰机、板冰机等机械制冰。
    c）冰晶式。
    间接蒸发制冰
    a）金属（蛇）形盘管内融冰式。
    b）完全冻结式：如螺旋状塑料盘管、U型塑料管。
    c）容器式：如冰球、冰板、冰管等。
3.3.2 电锅炉及蓄热装置 
    （1）电锅炉
    （2）蓄热装置
    a）迷宫式系统。
    b）隔膜式系统。
    c）多槽式系统。
    d）自然温度分层系统。
4 空调蓄能技术的国内外发展状况
4.1 蓄能空调技术发展历史 
    · 30年代始用于教堂。 
    · 70年代由于能源危机的爆发以及随着经济、生活水平的提高导致中央空调大量的使用加剧了电网的峰谷荷差。空调蓄能技术重新得到重视。 
    · 美国蓄能协会预测到2010年全美空调采用蓄能技术将达到95％以上。 
    · 新世纪冰蓄冷、大温差、超低温、变风量空调系统是中央空调发展的最主要方向。
4.2 国外发展现状 
    · 70年代末蓄能技术得到了迅猛的发展，迅速派生了水蓄能、冰蓄冷、化合物蓄能技术。 
    · 应用范围从工业冷却到建筑物空调、区域供冷和电厂蓄能。
    · 表1是日本国蓄冷率调的应用统计。
表1  不同时期蓄冷空调在日本国的应用数量统计（1995年底）

年度	水蓄冷	冰蓄冷	合计	累计
1989	1101	149	1250	1250
1990	152	94	246	1495
1991	194	115	309	1804
1992	156	117	273	2077
1993	192	159	351	2428
1994	110	141	251	2679
1995	97	180	277	2951
合计	2002	955	2957	2951

备注：1.包括1989年以前的工程。
        2.到1998年已达4600个蓄冷空调工程
    · 我国台湾1995年建有225家蓄冰空调系统，但1998年达600家之多。 
    · 政府社会对蓄能技术给予有力支持，如：经济电价、转移高峰电力奖励、银行贷款、政策压力。
4.3 国内发展现状 
    · 90年代初开始引进和研制，至1999年各式蓄冰系统都建有工程实例，如：水蓄冷、直接蒸发式冰盘管、机械制冰、外融冰盘管、完全冻结式塑料盘管、不完全冻结式盘管、冰球、冰板式等等。选用品牌国外产品有美国的BAC、CALMAC、FAFCO、DUNHAM－BUSH、MaximICE、法国Cristopia等公司产品；国内知名品牌有源牌、王牌等。 
    · 参与研究开发与生产的产、学、研机构已达16家之多，如中国科大、浙江大学、上海交大、清华大学、同济大学。重庆建筑大学、天津大学、东南大学、上海机械学院等著名大学；国家电力公司杭州机械设计研究院、广州能源研究所，国电公司还没有专门的蓄能空调研究中心；生产厂家如杭州华源、浙江吉佳、北京西冷等等，有的还专门培养该专业方向硕士和博士研究生。
    ·至1998年底国内蓄冰空调应用状况见表2
表2  1998年底国内蓄冰空调应用状况统计

5 经济性分析
5.l 冰蓄冷空调移峰填谷经济效益
    全国如有300家3万平方米的商场采用蓄冰空调则相当于建设了一座30万kW的调峰电厂。其社会效益和经济效益是显而易见的。 
    （1）从电网分析： 
    a）火电：7000元／kW左右。30万kW调峰电厂投资约21亿元。
    b）抽水蓄能电站：5500元／kW左右，30万kW调峰电厂投资约21亿。
    c）蓄冰：小于2000元／kW，转移30万kW高峰负荷投资共计6亿元。
    d）以上3点还未计及建设电厂占用土地、电厂管理以及对环境的污染。 
    （2）用户实例分析
    a）温州体育馆冰蓄冷中央空调见表3
  表3    温州体育馆中央空调各方案经济性比较表
    （蓄冰冷冻机房单位面积造价：221元/m²）

		常 规 空调方案	冰蓄冷 空调方案	增加百 分比％	备注
尖峰负荷kW		2790	2790		按温州市单线路供电，电力增容费为： 1000元/kW
全日负荷kW·h		31919	31919
制冷容量kW		2791	1744	-37.5％
装机容量kW		991.1	690	-30.3％
蓄冰量kW·h			9450
一次投资 万元	造价概算	213.8	299	+39.8％
	电增容费	124	86.2	-30％
	合  计	337.8	385.2	+14％
年运行费 万元	年使用费	39.6	减免		空调使用费按100元/kW.月，夏季空调使用四个月， 峰荷电价:0.72元/千瓦时谷荷电价:0.24元/千瓦时
	年耗电费	82.8	57.4	-30.1％
	年维修费	高	低
	合  计	121.8		-52.8％

注：采用源片冰球
    b）杭州市新景福百货大楼冰蓄冷中央空调见表4
 表4  杭州市新景福百货大楼中央空调各方案经济性比较表
    （蓄冰冷冻机房单位面积设备造价：306元/m²）

		常规 空调方案	冰蓄冷 空调方案	增加百 分比％	备注
尖峰负荷kW		2442	2442		按杭州市单线路供电，电力增容费为： 1500元/kVA
全日负荷kW·h		23443	23443
制冷容量kW		2442	1186	-51.4％
装机容量kW		588	385	-34.5％
蓄冰量kW·h			6650
一次投资 万元	造价概算	248.3	306.2	+18.9％
	电增容费	103.7	57.4	-44.6％
	合  计	352	363.6	+3％
年运行费 万元	年使用费	44.1	减免		空调使用费按250元/kW.月，夏季空调使用三个月， 峰荷电价:1.06元/千瓦时谷荷电价:0.33元/千瓦时
	年耗电费	58	44	-24.1％
	年维修费
	合  计	102.1	44	57％

注：采用源牌冰球
C）建行杭州分行办公大楼冰蓄冷中央空调见表5
表5    建行杭州分行办公楼各方案经济性比较表
    （蓄冰冷冻机房单位面积造价：200元/m²）

		常规空 调方案	冰蓄冷 空调方案	增加百 分比％	备注
尖峰负荷kW		3477	3477
全日负荷kW·h		29027	29027
制冷容量kW		3477	2226	-36.0％
装机容量kW		921	704	-23.6％
蓄冰量kW·h			10150		占总负荷:35%
一次投资 万元	造价概算	363	467	+28.6％	按杭州市双线路供电，费用为：2700元/kW
	电增容费	248.7	190	-23.6％
	合计	611.7	657	+7.4％
年运行费 万元	年使用费	—	—		空调使用100天， 峰荷电价:0.95元/千瓦时 谷荷电价:0.29元/千瓦时
	年耗电费	69.9	44.8	-35.9％
	年维修费	高	低
	回收期(年)	2

注：本项目采用BAC盘管蓄冰装置，末端采用了部分大温差、超低温送风空调系统。
    由表3可以看出温州体育馆采用冰蓄冷空调一次性投比常规空调只增加14％，但年运行费用却节约52.8％，同时实现平均转移高峰电负荷300kW，当采用全量融冰供冷时，高峰时段可节约电力700多kW。表4杭州景福百货大楼采用冰蓄冷空调一次性投资比常规空调也只增加3％，但年运行费用却节约57％，与老商场（3000平方米）运行电费相同，其社会效益和经济效益都非常显著。
    统计已建成并投入运行的诸暨百货大楼、温州市体育馆、杭州银泰广场、上海锦都大厦、杭州景福百货新大楼等十二个工程，其总蓄冰量达到60422kW·h，这相当于每天转移了高峰用电21200kW·h。若空调在高峰用电时段均需用8－9个小时的运行，则相当于可减少高峰电力容量2650kW，不计电厂运转费用的增加，仅考虑火力发电厂6000元／kW的建设投资，为此节约投资1590万元。而将常规空调改建成冰蓄冷空调，不考虑电力增容费的减少，也只要增加投资约400万元，若将电力增容费的减少从投资中减去，则只要增加投资100多万元左右，这远低于建设电厂的投资，此处还尚未计及电厂运转费用的增加以及对环境的污染增加。
5.2 电锅炉开拓低谷用电 
    （1）对电力测
    以杭州市为例，现有总容量为2600T/h的生活采暖用单台容量小于2T/h的小型燃煤锅炉，按环保要求逐步要改造为燃用洁净能源，如果全市有三分之一的用户选用蓄能电锅炉，则可增加60万kW的低谷用电负荷。全年可消费5.4亿kW·h低谷电量。对于现有发供电企业，仅需增加少许燃料直接成本。
（2）用户实例分析
    杭州凤起大厦冬天的采暖面积约12000m²，其中标准间客房200套、集体浴室水龙头30只、餐厅350餐位、办公、娱乐、商场等，见表6。
表6  杭州凤起大厦参数

用途		建筑面积m2	床位或餐位或水龙头	备注
北 楼	大堂及会议室	600		供暖
	商场	250		供暖
	办公	1700	20只	供暖
	集体浴室		200间	供生活热水
	客房	6300	350个	供暖、供生活热水
南 楼	餐厅	800	10只	供暖、供生活热水
	集体浴室			供生活热水
	办公	1600		供暖
	娱乐	600		供暖

  其热源的配置有以下三种不同的方式，即：蓄热式电锅炉、即热式电锅炉和燃油锅炉。其投资概算及经济性比较如表7所示。
表7  各方案的经济分析

内容		蓄热电机组方案	常规电机组方案	燃油机组方案
系统尖峰冷负荷万kcal/h		160万kca/h
热水机组容量 万kcal/h		120	160	160
机房设备用电功率 kW		1461	1726.5	27.5
机房变压器容量 kVA		1475	1744	32
一次投资	机房设备概算	99.3	78.34	82.4
	机房电力增容费	免	免	2.9
	配电设施费	73.7	87.2	1.6
	合计	173	165.54	86.94
年运行费		71.3	170.7	90.7

说明：a双线路供电电力增容费：900元／kVA，电机组电力增容费全免；
    b 配电设施费：约500元／kVA；
    c 电热水机组试点计算电价：
    高峰时段：8:00－22:00 0.772元/kW·h
    低谷时段：22:00－8:00 0.204元/kW·h
    d 杭州商业电价：00:00－24:00 0.879元/kW·h、油价：3.2元／公斤。
5.3 从环保和资源优化配置的角度分析对国家经济可持续发展意义重大 
    （1）从能源结构看
    美国86％的煤用来发电，能源终端用户以电能消耗为主；中国仅37％的煤用来发电，大量能源终端用户直接使用矿物质燃料，大量的水力资源仍在浪费之中。
    （2）矿物质燃料蓄存有限
    据世界能源组织统计：1997年末世界煤炭可开采期限为219年，我国是82年；石油可开采期限为41年，我国是21年；天然气可开采期限为64年，我国是52年。
    （3）环境污染异常严重
    我国SO₂排放总量中煤炭占90%以上；在烟尘排放总量中煤炭占60%-80%。根据1998年对332个大中城市的调查，大气污染超过国家正常标准的城市占43.5％，酸雨覆盖面积已占国土面积的30%以上。全世界十大污染城市中国占了七个之多。
6 加速蓄能空调技术发展的几点建议
6.1各国政府的支持政策
6.1.1 美国
    a 峰谷时电价差较大，蓄能用户享受半价或某时段全免费谷荷电价。
    b 给用户一次性奖励，每转移1kW高峰电力，电力公司给予用户200－300美元奖励。
6.1.2 韩国
    a 峰价分时电价差较大，蓄能用户享受半价或某时段全免费谷荷电价。
    b 给用户一次性奖励，每转移1kW高峰电力，电力公司给予用户2000美元奖励。
    c 政府明令占地面积大于2000平方米的饭店、医院、商业大楼等必须设置空调蓄能系统。
6.1.3 日本
    a 峰谷分时电价差较大，蓄能用户享受谷荷电价7折优惠。
    b 给用户一次性奖励，每转移1kW高峰电力，电力公司给予制造厂用户200美元奖励。
    c 政府鼓励用户采用空调蓄能系统。
6.2 建议我国政府及各职能部门给予以下支持
    · 转移高峰电力奖励，如供电贴费减免、贴息贷款、租赁等。
    ·采取有效措施降低供配电设施成本。
    ·合理电价，如两部制电价、峰谷分时电价，电价差的绝对值应在0.6元／千瓦时以上。电锅炉用户平均电价应不高于 0.45元／千瓦时且低谷电价不应高于0.25元／千瓦时。
    ·建立基金给电力营销人员、设计人员、用户及制造工厂一定的精神和物质奖励。
6.3 加大宣传推广力度
    ·利用新闻媒体．从环保、节能和有利于国家和企业的角度进行广泛宣传。
    ·联合职能部门如建委、环保、经委制定相关政策影响企业、设计等单位。
    ·修改和制订标准规范用户选用蓄能系统。
    ·技术监督管理部门积极开展电力蓄能装置和设图示的检测、认证和推荐工作，并组织有关方面开展在用系统的检测、评测和推广宣传工作。

【作者简介】
    叶水泉，男，1965年9月生，博士，现任国家电力公司杭州机械设计院院长、国家电力公司蓄能空调分析研究所主任、杭州华源人工环境工程有限公司总经理。

责任编辑: banye 参与评论