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跨季节储热能为碳中和带来什么?

日期:2021-10-08    来源:CHPlaza清洁供热平台

国际储能网

2021
10/08
08:29
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关键词: 跨季节储热 可再生能源 储能技术

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。

如何解决可再生能源供需不平衡的问题?在可再生能源装机量上升,火电逐渐退为配角的环境下,储能技术将成为可再生能源并网的润滑剂和缓冲墙。而在众多储能技术中,能满足“夏储冬用”的长时间储热技术则是解决季节供需不平衡问题的不二法宝。

跨季节储热解决供需矛盾

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,需要一种能源的储存方式,将夏季盈余的太阳能资源储存到冬季使用。跨季节储热正是解决上述两大矛盾的关键技术。

通过大容量储热技术,可以实现热电解耦,增加火电厂灵活性,同时可以将风电、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跨季节储热水体加热,热电联产的余热也可以储存在跨季节储热水体中,通过热泵可以实现储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。

增大储热体体积可有效降本

目前,世界前沿的跨季节储热技术主要包括钢罐、大容积水池储热、土壤源储热体、地下水体储热、大型相变储热。

其中,钢罐储热并不是严格意义上的跨季节储热。钢罐储热技术有其特殊性,适用的储热体积一般不大于7000立方米,如果继续增加储热体体积,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。

而对于常规的储热技术而言,储热体的大型化是发展趋势。随着储热体积的增大,单位储热体造价降低的同时储热性能大幅提高,单位储热体对应的散热表面积在快速降低。

当储热体体积从100立方米增加到10万立方米,单位储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,对于跨季节储热项目而言,储热体体积越大,经济性越好。

丹麦的跨季节相变储热应用

丹麦科技大学非常重视高性能储热技术的研究与示范,早在1983年就建立了世界首例500立方米大型储热水体,在学术界引起了轰动。

丹麦是全球最早推动太阳能相变储热区域供热的国家,也是当今世界上最大的太阳能相变储热区域供热市场。早在1983年,丹麦科技大学就建立了世界首例500立方米大型储热水体,在学术界引起了轰动。

2016年底,丹麦的大型太阳能相变储热区域供热系统集热器安装量占全球该类系统的80%,约131.8万平方米,总容量922MWth,太阳能相变储热区域供热厂数量110个。此外,规划的太阳能相变储热区域供热集热器面积达到269.2万平方米。

丹麦的跨季节相变储热系统大多数属于热电联产锅炉+太阳能+相变储热+区域供热系统,实现太阳能的有效消纳和火电厂调峰负荷的降低。目前,丹麦大型相变储热区域供热技术发展较为成熟。

发展跨季节储热是碳中和的必经之路

目前,我国正在大力实施和发展清洁供热,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。

因此,储热、尤其是跨季节储热技术不可或缺。通过跨季节储热技术实现热电解耦,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,才能建立以可再生能源为主体的新型低碳电力系统,实现真正的碳达峰、碳中和。


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