分布式蓄热供热与液体动力加热器

1、分布式蓄热供热与液体动力加热器分布式蓄热供热与液体动力加热器8/8分布式蓄热供热与液体动力加热器分布式蓄热供热及液体动力加热器 -电力需求侧管理的现场解决方案电力摘要：采用分布式电蓄热供热可以在电网现有构架下实现平谷作用，同时还可以帮助燃气管网实现削峰，能够优化城市能源系 统，减少输送环节损耗。采用“火箭鱼雷”技术的液体动力加 热器，可以将化学水、水泵等被简化，形成系统上的优化，再结 合蓄热水箱，能够建立一种简便易行的分布式电蓄热供热系统。关键词：分布式供热；蓄热供热；液体动力加热器；空化技术1 分布式的发展趋势燃气工业随着液化天然气技术的发展，提出发展分 布式燃气管网，使燃气系统投资更低、效

2、率更高、更加 安全；热力公司随着天然气和分布式能源技术的发展， 也提出热损更小的分布式热网方案，可以有效减少热力 输送中间环节的消耗；美加大停电之后，德国科学家研 究分析后正式提出，建设分布式电网可以有效解决电网 安全问题。分布式可以扩大能量温度的利用范围，进行 “温度对口，梯级利用”，特别是低品位能量的利用；可 减少中间环节的浪费，减少电力、热力的输送损失“，在 现场转换能源，在现场利用能源，在现场优化能源”。分布式能源不仅包括能源梯级利用系统、资源综合 利用系统和可再生能源，还含括了能够优化能源结构的 蓄能技术。不仅包括冰蓄冷、水蓄冷、飞轮储能、电池 储能和压差储能，也包括了蓄热技术。将蓄

3、热和现场转 换能源技术结合，利用分布在需求侧的设施，靠电网的 低谷电力来供应用户的热力需求，同时优化电力供需结 构，将是电力需求侧管理今后需要认真关注的一项主要技术。分布式技术的发展一方面对系统的信息化提出了新 的要求，现场不能有人值守，通过智能化控制系统，或 者网络化遥控系统对分布在需求侧的能源设备进行控求，能源转换设备例如发电、余热回收、制冷供热和蓄能；可以实现多模块并联。模块化组合可以更加机 动灵活，根据项目的实际需求建立系统，实现投资、使 用效率和系统可靠性的最优化。目前，集中供热存在着巨大的浪费，很多时候建筑 物内空无一人却在供热，一些建筑供热量大于实际需 要。此外，集中供热中间输送

4、环节平均消耗10%20% 的能量。对于天然气和电力这些高品位能源应尽快采取“ 精确供热 ”和“灵活供热”,按需、按时、按量供热， 采取灵活的供热调节技术和热能转换技术，这就是分布 式供热。2 液体动力加热技术液体动力加热技术是一种利用流体力学原理加热的 新型现场换热技术，利用该技术，前苏联发明了著名的 “火箭鱼雷”。该技术利用流体力学原理，利用动能将水 相变为小气泡，将气泡环绕雷体减少水中阻力，并使体 积膨胀的气泡水推进鱼雷。乌克兰人发现在气泡喷射过 程中会产生“空化现象”，能够产生水分子撞击，实现 水温度的上升，而且热能转换效率可以达到 95%，由于 “空化”作用破坏了水中易结垢的物质成分和

5、结垢条件， 水中的杂质不会因为水分子升温而聚集结垢，更不会因释是液体在动能下高速流经“空化发生器”，在其内部表面产生接近真空状态的负压，使液体达到沸点而产生 大量微小气泡，在周围水压作用下，气泡经过碰撞，内 部急遽爆裂，形成水分子摩擦，从而释放出巨大能量而 使液体变热升温。乌克兰利用这一技术制造了液体动力加热器，不仅 具有很高的热能转换效率，而且由于运行没有压力、水 不结垢、系统简单可靠的特性，故可以更加安全方便地 使用。工艺说明见图1。该技术可实现模块化组合，体 积小、占地省，具有非常好的适用性。1.电机和水泵；2.容器；3.热能发生器；4.电控箱；5.底架；6.减振座 图中字母：K代表球型

6、阀门；代表传感器； P 代表软管；K代表安全阀门。我国哈尔滨飞机制造公司及时引进这一技术，已经形成批量化生产，并在大庆和胜利油田、中央国家机关 采购中心、首钢、北京陶然亭和玉渊潭公园、中石化加 油站等多个项目中使用，运行效果良好。这种新型采暖 供热技术已被国家科技部定为国家级“火炬计划”项目。目前，在需求侧管理中，电蓄热供暖主要采用电锅 炉。电锅炉对水质要求比较严格，因安全原因电锅炉一 般不能太靠近需求现场，造成中间输送环节的损耗增 加，影响经济性；另外需配置化学水系统、水泵和系统 自控等，系统的综合造价比较大；对场地和供电容量有 较大的要求，增加电网配电投资。液体动力加热技术可以较好的解决电

7、锅炉存在的问 题。液体动力加热器由于对水质没有要求，节省了化学 水处理系统，减少了相关投资和场地，免除了维护负担； 液体动力加热器内部主要构件是一个空化器，在供热中 可以利用空化器的动能进行水系统循环，不需要专门配 备水泵；结合一个蓄热水箱就可以实现蓄热供暖，在使用上可以根据回水温度变化进行自动调节，使用者可将这些系统直接安装在建筑物的设备间或设备层，实现分 散蓄能、分散供暖，使按热量核算变得更加可行；最关 键的是该设备不是压力容器，尽管空化器制造水压形成 空化现象，但空化之后立即恢复常压，不存在爆炸的可 能性，方便了需求侧的使用。液体动力加热器不仅可以加热水，而且可以加热高 温导热油，温度能

8、够达到170，传热速度极快，可以 应用在多种特定场合；甚至可以直接加热柴油，这对于 高寒地区的油料保障系统具有非常大的意义。该技术还可以及可再生能源系统配套使用，太阳 能、地源热泵等可再生能源存在的普遍问题是品位比较 低，有的还存在间歇性问题，需要一种补偿手段。例如 太阳能热水器在冬季北方地区温度只能达到4050， 能够满足采暖需要，但是夜间由于日照问题无法继续采 暖，如果利用夜间低谷电力和蓄能系统，就可以很好解 决能量供应的平衡问题，在阴天太阳能无法工作状态下 还可以保障系统运行。地源热泵作为建筑采暖温度偏 低，如果提高温度可能影响效率，所以采用液体动力加 热器作为补温手段，不仅可以提高温度

9、，而且可以将地 源热泵作为基本负荷热源，蓄热加热作为调峰负荷热 源，从而降低设备初投资规模，具有更理想的经济性。3 技术应用探讨采暖是一个动态的过程，主要影响建筑单位采暖量 的因素来自环境温度的变化、建筑的使用用途和供暖系 统调节的灵活性、建筑保温等，实现灵活调节的系统采 暖，才能既节能，又舒适。目前，哈尔滨飞机制造公司能够生产三种不同容量 的设备，分别为 15kW、22kW 和 45kW 的模块，并准备 进一步开发容量更小的模块（表1）。这些模块可以独立 使用，也可以多模块组合使用。可以结合蓄热水箱蓄热 运行，也可以直接连接热网或热水系统运行，使用比较 灵活。用电采暖技术应首先考虑利用夜间低

10、谷电力蓄热技术，应该将低谷的8小时的电能作为蓄能基本负荷。当 环境温度极限变化造成建筑尖峰采暖负荷变化，蓄热供 暖能力不足时，再用平峰时段的电力进行调节。这样可 以实现充分节能，优化电力系统的供电结构，对电网、 电厂和用户都实现供需优化。由于液体动力加热器对于水质没有特殊要求，也没 有压力，水箱系统可以比较简单，只需要进行必要的保 温即可。在设计中如果采用蓄热水箱，就需要配备温控 循环泵系统。如果采用多套模块串连设计，也可以不使 用水泵而只接液体动力加热器自身动力进行循环。如果可以按照建筑实际利用时间采暖，一台45kW 模块8小时的蓄热量在一般情况下可以满足800900m2 办公室采暖，500

11、600m2住宅采暖，700m2商业设施的 采暖。一般蓄热水箱可以满足热力需求峰谷变化的调 节，如若出现极端温度天气，可以利用平峰电力进行适 当的补充（表2）。在一些建筑中可以采用低平两个时段电力供暖，这样蓄热损耗可以有所下降，供暖能力和供暖面积都可以 翻番。这一方法可以减少初投资，运营得当也可以节省 采暖费用，但没有全蓄热方式经济。采用高平两段方式， 可以有更大的调节能力，能够根据环境温度的季节变化 周期进行调节（表3）。建筑室内暖通设备的换热能力必须满足建筑设计指标，并不意味热源系统按照这一指标简单叠加，关键是 根据实际状况选择技术方案。例如采用分时供热的办公室，早 8 点上班时室内供暖量可

12、能需要 60W/m2，9 点时由于室内已经加热，计算机和人流热量也上升，采暖 需求可能降到 45W/m2；10点钟由于日照因素，环境气 温上升，单位采暖量继续下降到 2030W/m2；中午12 点人们就餐，供暖水平可以维持在 1020W/m2；下午4点以后由于环境温度下降，供暖量需要逐渐增加直到 下班之前。而下班以后，只需要维持室内5，保持供 暖管道不结冻。如果建筑节能结构好，利用余热可以维 持到第二天早晨，这样9小时平均需要的热量在3040W/m2 左右。商业建筑及人流关系更大，人越多采暖 负荷越小。北京机场尽管是高棚顶和玻璃幕墙结构，实 际每平方米的采暖需求也只有 40W/m2。北京首钢集

13、团特钢公司已经在多个建筑上采用液体 动力加热器，其中一个项目是由两个办公建筑组成，建 筑是6070年代建成，墙体没有保温措施，窗户是单层 玻璃，密封很差，一个 3600m2，一个 800m2，合计 4400 m2。使用 3 台 45kW 机组直供，每平方米 29W。2004 年12月16日小雪天气，昼间室外环境温度03，实际 运行两台机组，折合 19.3W/m2。室内温度超过 16。 三台机组中1号机组作为系统基本负荷运行125天，每 天24小时，合计3000 小时；2号机组只在上班时间运 行，运行 86 天，每天 9 小时，合计 778 小时；3号机组 只在最冷的时间调节运行，预计每年运行2

14、9天，每天9 小时，合计259 小时。总共预计耗电226677kWh，按0.5 元 /kWh 内部工业电价合计，每年采暖费用113338.5元，单位平米采暖费为25.76元/季，比采用 天然气集中采暖节省18660元/年。实际上该系统还可 以采取蓄能运行，基本上两套机组就可以满足运行要 求，如果有低谷电，经济性更加理想。在北京低谷电0.2元/kWh 的条件下，对于建筑节 能结构比较好的项目，特别是可以分时调节供暖的用户， 其经济性非常好。采暖费用大大低于北京天然气集中供 热的民用建筑采暖 30 元 /m2/ 季、商业建筑 35 元 /m2 季的收费标准，甚至低于燃煤热电厂的采暖费用。无论 从节

15、能角度还是环保角度，都具有更加理想的优势。中石化北京西翠路加油站900m2建筑面积，采用了 一台 45kW液体动力加热器和一个 4m3 保温水箱，组成 一个蓄热式采暖系统。加油站在夜间利用低谷电力蓄热 运行，将水箱加温到90。白天使用这些热水供暖，当 天气过冷时启动加热器在白天补偿部分能量，其能源费用明显降低（表4）。表5的条件是采用低、平两段电价的分时调节供暖 用户的采暖费，计算表明成本不会超过采用天然气的每 平方米 30 元的集中供热收费。下表还说明用户可以将 平峰电力作为一种供热尖峰调节手段，如果蓄热供热量 不能满足需求时，可以利用部分价格高一些的平峰电力 作为调节手段，经济性依然可以承

16、受。对于采用低谷电价但不能分时调节供暖用户，即便 住在节能标准比较低的建筑内，按照北京市的采暖规范 要求，其采暖费也基本及采用天然气集中供热用户的采 暖费基本相当（表6）。除了采暖以外，利用低谷电力生产生活热水也是一 个重要的用途。生活热水长年使用，需求比较稳定，而 且分散，对于电网不会增加大规模的投资。1个 45kW 模块低谷蓄热8小时的热量可以满足250300人的淋 浴，这一技术在学校和工厂的澡堂使用非常方便简单， 也可以安装在有卫生热水供应的其他建筑之内（表7）。除了卫生热水，在游泳池使用也非常方便，一般游泳池每天平均损失2左 右，可以根据情况选择不同的机组配置。 对于不能申请低谷电的游泳池可以采取 连续供热，如果能够可以申请到低谷电 力，可以直接利用水池蓄热，在夜间将水 温提高；也可以采用低谷和平峰两段，因 为在夏季游泳池散热量比较小，大约半 年利用低谷蓄热，半年低平