在今年《政府工作报告》里提到要以雾霾频发的特大城市和区域为重点，以细颗粒物（pm2.5）和可吸入颗粒物（pm10）治理为突破口，实施大气污染防治行动计划。要淘汰燃煤小锅炉，同时实施建筑能效提升，发展清洁生产，加快开发应用节能环保技术和产品。作为清洁供暖的生力军，谷电蓄热采暖具有经济、舒适、节能、环保等优点。
秦皇岛谷电蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术, 可用于解决热能供给与需求失配的矛盾, 在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景 , 目前已成为世界范围内的研究热点。
1. 蓄热方式
目前主要的蓄热方法有显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热三种。
显热蓄热是利用物质的温度升高来存储热量的。这种蓄热方式在各类蓄热方式中是最简单和最成熟的 , 应用也最广泛 , 可用于供暖和发电。
潜热蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中, 都要吸收或放出相变潜热的原理。根据相变温度高低 , 潜热蓄热又分为低温和高温两部分。低温潜热蓄热主要用于废热回收、太阳能储存以及供暖和空调系统。高温潜热蓄热可用于热机、太阳能电站、磁流体发电以及人造卫星等方面。高温相变材料主要采用高温熔化盐类、混合盐类和金属及合金等。高温熔化盐类主要是氟化盐、氯化物、盐、碳酸盐、硫酸盐类物质。混合盐类温度范围宽广 , 熔化潜热大 , 但盐类腐蚀性严重, 会在容器表面结壳或结晶迟缓。化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。发生化学反应时 , 可以有催化剂 , 也可以没有催化剂 , 这些反应包括气相催化反应、气固反应、气液反应、液液反应等等。
2.蓄热技术的应用
蓄热技术作为缓解人类能源危机的一个重要手段 , 主要有以下几个方面的应用。
2.1 太阳能热储存
太阳能是巨大的能源宝库 , 具有清洁无污染、取用方便的特点 , 特别是在一些高山地区 ,如我国的甘肃、青海、西藏等地 , 太阳辐射强度大 , 而其他能源短缺 , 故太阳能的利用就更为普遍。但到达地球表面的太阳辐射 , 能量密度却很低 , 而且受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响 , 以及阴晴云雨等随机因素的制约 , 其辐射强度也不断发生变化 , 具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性。为了保持供热或供电装置稳定不间断地运行 , 就需要蓄热装置把太阳能储存起来 , 在太阳能不足时再释放出来 , 从而满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。几乎所有用于采暖、供应热水、生产过程用热等的太阳能装置都需要储存热能。即使在外层空间 , 在地球轨道上运行的航天器由于受到地球阴影的遮挡 , 对太阳能的接收也存在不连续、间断的特点 , 因此空间发电系统也需要蓄热系统来维持连续稳定的运行。太阳能蓄热技术包括低温和高温两种。水是低温太阳能蓄热系统普遍使用的蓄热介质 , 石蜡以及无机水合盐也比较常用; 高温太阳能蓄热系统大多使用高温熔化盐类、混合盐类、金属或合金作为蓄热介质。
2.2 电力调峰及电热余热储存
电力资源的短缺是人类长期面临的问题 , 但是电力资源的浪费却非常严重, 如我国的葛洲坝水利枢纽工程 , 其高峰与低谷的发电输出功率分别为220万 kw和80 万 kw, 用电低谷发不出的电能只有通过放水解决。若能把这部分能源回收 , 则可大大缓解能源紧张状况。蓄热技术仍是目前回收未并网的小水电、风力发电的一个重要手段。
在电厂中采用蓄热装置可以经济地解决高峰负荷 , 填平需求低谷 , 以缓冲蓄热方式调节机组负荷更方便。采用蓄热装置可以节约燃料 , 降低电厂的初投资和燃料费用 , 提高机组的运行效率和改善机组的运行条件 , 从而提高电厂的运行效益和改善电厂的利用率 , 降低排气污染 , 改善环境。
在太阳能电站中 , 当负荷降低时 , 利用蓄热装置可以把热能暂时储存起来。由于太阳能自身不可避免的非连续性 , 蓄热器的放热不仅仅是由于高峰负荷的需要 , 也可由于供能的不足 (日照少或为零) , 或兼而有之; 蓄热器的储热不仅仅是由于负荷降低 , 也可由于供能过多 (日照过多) , 或兼而有之。因此 , 蓄热不仅削峰 , 而且填平了低谷。
蓄热技术在核电站中具有更大的吸引力。采用蓄热技术可使反应堆的运行最安全和最经济。对高峰负荷采用核电机组与蓄能相结合的形式可以减少单独的高峰负荷机组的需要量 , 同样还可减少低效率高峰机组使用的优质燃料 (如轻油、煤油、天然气等) 。这样核电站可以按基本负荷运行, 燃料的温度交变降到最低限度 , 对燃料元件的损害就可以降到最低。采用蓄热技术 , 也使得核电站相当大的初投资得到充分的利用。
2.3 工业热能储存
目前工业热能储存采用的是再生式加热炉和废热蓄能锅炉等蓄能装置。采用蓄热技术来回收储存碱性氧气转炉或电炉的烟气余热以及干法熄焦中的废热 , 既节约了能源 , 又减少了空气污染以及冷却、淬火过程中水的消耗量。在造纸和制浆工业中 , 燃烧废木料的锅炉适应负荷的能力较差, 采用蓄热装置后 , 可以提高其负荷适应能力。在食品工业的洗涤、蒸煮和杀菌等过程中 , 由于负荷经常发生波动 , 采用蓄热装置后就能很好地适应这种波动。纺织工业的漂白和染色工艺过程也可采用蓄热装置来满足负荷波动。
在采暖系统中热能的生产随需求的变化要随时调整 , 因此蓄热的作用显得更加重要。借助蓄热装置 , 可以降低能量转换装置以及二次能传输系统(区域热力管网) 的设计功率 , 因为在一年中只有较短的一段时间需要最大采暖功率。在电热采暖和供应热水的过程中 , 可以把用电时间安排到非高峰时期 , 从而降低运行成本。采用蓄热装置后 , 不存在部分负荷运行情况 , 能量的转换效率提高。采暖锅炉由于需求的波动导致锅炉启停频繁 , 则启停过程的能量损失非常大。采用蓄热装置后 , 有效地增加了系统蓄热容量 , 在一定范围内可以满足波动负荷的要求 , 从而降低锅炉启停的频率 , 降低能量消耗。
3.蓄热技术的近期发展及未来展望
随着人类对节约能源、开发新能源和环境保护的重视 , 蓄热技术受到世界各国越来越多的重视 ,并不断取得进展。
(1) 利用浓度差蓄热的吸收式热泵又称化学热泵 , 作为蓄热和低品位废热升级利用的有效技术装置受到人们的重视 , 很多公司竞相开发。
(2) 低温蓄热技术尤其是 0 ℃时的潜热蓄热(储存冰) 是一种非常有效的蓄热方法。利用昼间放热、夜间储冰的0 ℃低温潜热蓄热 (储存冰) 技术已成为当前空调行业的研究开发热点 , 并成为重要的节能手段。
(3) 高温蓄热方面 , 80 年代中期美国自由号空间站计划的实施 , 极大地推动了高温相变潜热蓄热技术的发展。人类空间探索规模的不断扩大和活动的增多 , 必然促进高温相变蓄热技术不断取得进展和走向成熟。
(4) 随着纳米技术的发展 , 将纳米技术与复合相变蓄热材料结合 , 制备新型、高效的纳米复合材料蓄能相变材料对提高我国能源利用效率、保护环境具有十分重要的现实意义。
总之, 随着人类社会对环境保护、节能降耗、减少污染的要求越来越高, 对蓄热技术的需求也就会越来越强烈, 必然促进蓄热技术持续快速的发展。
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