基于大容量相变蓄热的可再生能源消纳关键技术

二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
关键技术一 大容量储热技术
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
关键技术一 大容量储热技术
相图绘制与
复
筛选分析
合
相
相变材料开
变
发技术
储
储热性能测
热
定与筛选
材
料
配
方
载体材料复
技
配技术
术
组 分 熔 点
蓄 热 能 力
载 体 相 容 性
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
弃风电供暖技术研究思路
关键技术1
大容量储热技术
关键技术2
高电压大功率直接 加热和绝缘技术
关键技术3
系统集成技术
储热材料和 储热装置
高压电直热 和绝缘封装
关键技术4 弃风与电采暖联动运行的调度技术
换热结构优 化布局
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
关键技术一 大容量储热技术
技术指标 最高蓄热温度(℃) 最低放热温度(℃)
2015年我国风电装机容量已经突破1亿千瓦，
占全球的四分之一，同时弃风限电的现象也较 为严重；2015年全国平均弃风率15%，较2014 年 上 升7%， 其中 甘肃 、新 疆和 吉林 等地 弃风 率超过30%。
省份
甘肃 新疆 吉林 黑龙江 内蒙古 宁夏 河北 辽宁
2015年部分省份弃风情况
弃风电量 (亿千瓦时)
一、背景
国家能源局颁布了一系列弃风电消纳政策
2015年3月23日国家能源局发布了关于做好风电并网消纳有关工作 的通知(国能新能[2015]82号)：指出要统筹做好“三北”地区风电 的就地消纳，积极推广应用风电清洁供暖技术；
2015年6月5日国家能源局发布了关于开展风电清洁供暖工作的通 知(国能综新能[2015]306号)：指出风电清洁供暖项目以替代现有 的燃煤小锅炉或解决分散建筑区域以及热力管网难以到达的区域 的供热需求为主要方向；
基于大容量相变蓄热的可再生能源消纳 关键技术
目录
一、背景 二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术 三、总结
一、背景
“三北”地区弃风弃光现象日益严重
2011~2015年全国弃风情况
2015年 度我 国光 伏装机 总量 约14.95GW， 同时光伏弃光现象严重，尤其是西北部分 地区；其中甘肃全年弃光率达31%，新疆 自治区全年弃光率达26%。
质量储热密(kJ/kg) 体积储热密度(MJ/m3) 平均比热容(J g-1 oC-1)
相变潜热(kJ/kg) 体积密度(g/cm3) 储热单元占地面积
相变蓄热 ~750 ~150 >900 >1600 >1.3 >120 ~1.8 小
镁铁砖蓄热 ~500 ~200 ~300 ~800 ~0.9 0 ~3.0 大
一、背景
大力推广清洁能源供热需突破以下技术
利用大容量储热提升可再生能源消纳，以利用弃风 电供暖为例，还需突破以下关键技术： 大容量储热技术 高电压大功率直接加热和绝缘技术 系统集成技术 弃风与电采暖联动运行的调度技术
目录
一、背景 二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术 三、总结
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
热水蓄热 ~95 ~55 ~168 ~168 ~4.2 0 ~1.0 大
备注 相变蓄热电锅炉 蓄放热温度范围： 150℃~750℃ 镁砖蓄热电锅炉 蓄放热温度范围： 200℃~500℃ 热水锅炉蓄放热 温度范围： 55℃~95℃
相变蓄热技术的储热密度远高于传统的镁铁砖显热储热技术和热水储热技术，体积较传统的 镁铁砖显热储热技术可缩小一半。
关键技术一 大容量储热技术
储 热 显热储热 方 式 潜热储热
复 球磨捏合
合
方 式
成型烧结
载体封装
微结构复合储热材料
相变蓄热材料制备工艺技术
相变材料通过耐高温无机载体封装，通过 混合烧结制成相变蓄热砖；
相变蓄热砖充分利用显热和相变潜热进行 储热，储热密度更高。
圆 盘 形复合储热材料
环 形 复合储热材料
82 71 27 19 91 13 19 12
弃风率
39% 32% 32% 21% 18% 13% 10% 10%
一、背景
迫切需要清洁能源供热，减少污染排放
三北地区空气污染严 重，亟需清洁能源替 代煤电供热；
一边是供热期大量弃 风，另一边是亟需清 洁能源供热，电采暖 成为促进风电消纳和 清洁供热的有效途径。
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
关键技术三
系统集成技术
高压电加 热系统
自动控制系统
系统结构 设计
系统集 成涉及
内容
水处理系统
冷热流体 换热系统
高压软启 动系统
大容量储热/ 放热系统
循环驱动系统
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
2016年2月5日国家能源局发布了关于做好“三北”地区可再生能 源消纳工作的通知(国能监管[2016]39号)：提倡利用冬季夜间风电 替代燃煤锅炉进行清洁供暖，鼓励热电联产机组通过增加蓄热装 置以及其它途径提高负荷调节能力制定促进风电清洁供暖应用的 政策和方案；
2016年3月 11日国家能源局发布了关于做好2016年度风电消纳工 作有关要求的通知 (国能新能[2016]74号)：指出积极推进以风电供 暖形式提高风电消纳能力，促进城镇能源利用清洁化，减少化石 能源消费。
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
关键技术一 大容量储热技术
材料Βιβλιοθήκη Baidu
储
热
模
块
单元
化
设
计
器件
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
关键技术二 高电压大功率直接加热和绝缘技术
高压断 路器柜
高压软 启动柜
电热转 换模块
储热 模块
换热 模块
电热相变储能炉
系统电流小：高电压直接加热有效减小 系统电流，减小电能损失，降低接线电缆 规格 节省成本：可以省去系统变电成本 模块化设计：避免单一模块故障影响系 统正常供热 多重保护：超温、超压、过载、异常自 动保护 安全可靠：分离形式，提高安全性
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
关键技术二 高电压大功率直接加热和绝缘技术
软启动方案：采用软起动控制方式起动电流可限制在额定电流，电流变化
平滑，不会出现突变，比直接起动方式对电网冲击小。
二、基于大容量相变蓄热弃风电供热关键技术
关键技术二 高电压大功率直接加热和绝缘技术
模块化设计 绝缘支撑距离满足10KV用电要求 绝缘支撑材料强度高 绝缘支撑材料耐温性能好 电加热模块做整体绝缘，安全性高 内部接线，热损失减小