一、季节蓄热解决矛盾
在可再生能源的利用中,不可回避的是可再生能源的季节波动性和不稳定性。随着风电、光电等可再生能源的推广和普及,两大矛盾日益突出:一是可再生能源供给的不稳定性和需求稳定性之间的矛盾;二是太阳能季节分布和能耗需求季节分布之间不匹配的矛盾。利用太阳能进行供热,太阳能资源冬天少,夏天盈余,能源需求则是相反,采暖需求在冬天比较旺盛。因此这种不匹配的矛盾就要求有一种能源的储存方式,也就是储能进行解决。跨季节蓄热正是解决上述两大矛盾的关键技术。通过大容量蓄热技术,可以实现:
1、热电解耦,增加热电厂灵活性;
2、季节蓄热,将风电、光电、光热、热泵等多种能源有机耦合,实现能源的长期高效存储,达到最优化清洁供热供电的目的。
在上图中,通过太阳能集热器给季节蓄热水体加热,热电联产的余热也可以储存在季节蓄热水体中,通过热泵可以实现蓄热水体的热量充分回收和利用,实现可再生能源供热的目标,同时提高系统经济性。丹麦科技大学非常重视高性能蓄热技术的研究与示范,早在1983年就建立了世界首例500立方米大型蓄热水体,在学术界引起了轰动。
二、跨季储能蓄热技术发展趋势
目前,世界前沿的跨季节蓄热技术主要包括钢罐、大容积水池蓄热、土壤源蓄热体、地下水体蓄热、大型相变储能蓄热。
其中,钢罐蓄热并不是严格意义上的跨季节蓄热。因为钢罐蓄热技术有其特殊性,适用的蓄热体积一般不大于7000立方米。如果大幅增加蓄热体体积,也能起到蓄热体的效果,但相关的投资、系统的费用等将大幅增加。一般在北欧国家钢罐体积在7000立方米以内。
不管何种形式的蓄热技术,蓄热体的大型化是发展趋势。随着蓄热体积的增大,单位蓄热体造价降低的同时蓄热性能大幅提高。随着体积的增加,单位蓄热体对应的散热表面积在快速降低,当蓄热体体积从100立方米增加到10万立方米,单位蓄热体对应的散热表面积降低到1/12,同时造价也在大幅下降,达到1/25。因此,蓄热体体积越大越好。
三、丹麦跨季储能蓄热成功案例
这里列出了3个具有代表性的案例,分别是:1、土壤源蓄热体、2、水池蓄热体、3、相变储能蓄热体。
四、跨季储能蓄热的优势
太阳能:供给免费热能。
热泵:谷电供给热能;快速电网调解能力,充分利用电价优惠政策;降低蓄热水体体积需求。
热电联产机组:三联供、四联供属于国家重点支持方向;具备快速电网调峰能力,收获可观的国家调峰补贴;实现热电解耦。
季节蓄热体:增加系统灵活性;耦合优化使用不同的可再生能源形式。
五、太阳能相变储能蓄热区域供热厂获得成功的技术因素
1、先进高效的大型太阳能集热器场
集热器效率高;
集热器使用可靠、免维护;
集热器使用寿命达30年;
优化的集热器场管道排布;
优选的集热器倾角、朝向、流体;
较低的循环管路热损。
2、万吨级跨季节蓄热体
热损极低,优化后的蓄热体热回收率大于90%,实现夏季蓄热、冬季取热的目标;
单位蓄热体造价低;
运行可靠、系统维护成本低。
3、可综合利用太阳能、风能、生物质能等各种可再生能源。
六、跨季储能蓄热技术对我国清洁采暖发展的启示
目前我国正在大力实施和发展清洁采暖,但煤改电、煤改气大规模推广有一定弊端;热电厂以热定电,夏季产能闲置,造成资源浪费;热电解耦特性限制了电厂调峰能力,不利于推广可再生能源发电。通过季节储能蓄热技术,可以实现:热电解耦,增加电厂灵活性;电厂余热夏存冬取,避免热能浪费,提高电厂经济性;风电、光热、热泵、余热等多能互补,提高可再生能源利用率。
丹麦政府提出了非常宏伟的能源规划:2050年彻底取代所有化石能源,2035年电力和采暖全部采用可再生能源,其中太阳能采暖将作为比较重要的区域供热的来源。我国太阳能资源丰富,太阳能资源密度是丹麦的2倍,更有利于推广太阳能采暖。这才是太阳能光热的方向,丹麦维度比我国现阶段高,我们可以学习,而且现在的我国的技术有很大的提高,只要各方面重视,肯定可以做得更好。