一种新型的 电储热系统-自储能电锅炉介绍

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1、一种新型的电储热系统------自储能电锅炉介绍蒋智翔杨小昭清华大学摘要：自储能电锅炉是一种新型的电储热系统。采用高密度铁基合金作为储热材料，将加热、储热、取热、换热及控能功能组合在一台无压的一体化结构内。与其它类型储能电锅炉相比较，它具有占地面积小，系统热效率高，便于操作，性能稳定，安全性高及运行费用低等特点。根据试验及运行结果，自储能电锅炉具有良好的运行性能，可应用于各种建筑的供暖或供生活热水的系统中。0前言采用清洁能源供暖和供热水是改善城市大气环境、减少污染的一个重要方面。目前我国城市供暖一般都采用由采暖锅炉供应热水，通过散热片或风机盘管供暖的方式。传

2、统的采暖锅炉都是燃煤锅炉。它的初投资较小，供暖费用也较低，但对大气污染很严重。采用燃油、燃气或一般的电热锅炉虽然能降低大气污染程度，但供暖运行费用很高，约为燃煤锅炉的3～4倍，在一般家庭使用尚有较大的困难。电锅炉运行费用较高的主要原因在于电费较高。若能降低电费，电锅炉运行费用也将相应地降低。从我国目前的用电结构来看，白天的用电量(峯峰电)逐年增加，导致与午夜后用电量（谷电）的差距相应地增大。如国内某地区2000年的峰谷月用电量差平均为3761兆瓦，峰谷差率平均为34.85%。为了减少峰谷电差，近年来电管部门制定了利用谷电的优惠政策，降低谷电的电费以鼓励用户午

3、夜后用电。以2002年北京地区电费为例，工业用电白天电费为0.83元/度，午夜后电费降低为0.20元/度，仅为白天电费的24%左右。因此，若能设计出适用的储能式电锅炉，利用低谷电将电能储存起来供白天使用，就能大大地降低电锅炉的运行费用至接近燃煤锅炉的运行费用，有条件推广至一般家庭使用。1储能式电锅炉的国内外现状目前国内外设计生产的储能式电锅炉主要为以下几种：380（1）常压水箱分体式储能电锅炉。它的储热介质为常压水。利用低谷电将水介质加热o后通过板式换热器将热能释放出，供用户使用。它的主要缺点是水的热容量很小,从90Co2降至60C所能释放的热量仅为30Kc

4、al/升，故所需的水箱体积很大。对于10000m供暖面2积的电锅炉，以40w/m供热量计算，全部采用低谷电储热16小时所需热量，至少需要体3积为184m的水箱。此外,由于水箱内的水温从90℃逐渐降低至60℃，热量供应不稳定,必须采用变频泵调节流量，且由于水箱体积很大，系统热效率较低，一般仅为80～85％左右。（2）带压水箱式储能电锅炉。它的储能介质为带压水,一般为0.4Mpa,其热容量为2283Kcal/升，所需水箱体积仍较大，对于10000m供暖面积的电锅炉，以40w/m供热量计3算，仍需体积为66m的水箱。此外,由于采用带压水箱，结构复杂，安全性较差，不

5、能装置在地下室或建筑物附近。（3）以氧化铁基固体为储热材料的电暖器。氧化铁基固体的热容量较大,可达288Kcal/升，价格也较便宜，但其强度很差。我公司曾采用这种储能材料建造了一台储能式电锅炉,发2现在数次循环加热后储热材料产生裂缝。目前这种储能材料仅能用于制造供暖面积15～30m的热风供暖器。（4）以固液相变材料(PCM)为储热材料的储能装置。它是将“固液”相变时的潜热储存起来，在逆过程“液固”相变时将热量释放出来供热。不同的PCM材料的相变温度不同，潜热也不同。在130℃以下相变的固液相变材料的潜热每立升可达90Kcal，比水介质的储热能力有一定的提高，

6、但这些材料的价格都很昂贵，且长期性能不很稳定，有些材料的性能有较强的腐蚀性。2自储能电锅炉的基本原理本文介绍的自储能电锅炉是一种新型的电储热系统。采用高密度铁基合金作为储热材料，将加热、储热、取热、换热及控能功能组合在一台无压的一体化结构内,形成一个可储、可取及可控的系统。自储能电锅炉系统图如下图所示。它包含内外循环两个系统。内循环系统由储热材料1、加热器2、取热器3、高效换热器4、储液罐5、智能控制器6和换热器9组成；外循环系统由高效换热器4、换热器9、外部管道7和散热器8所组成。两系统通过高效换热器4和换热器9相互传递热量。储热时利用加热器2将储热材料1

7、进行加热，取热时由取热器3中的介质将热量取出后，传送至高效换热器4，进行热交换后加热外部管道7中的介质传递至散热器8，进行供暖或供给热水。3811—储能材料;2—加热器;3—取热器;4—高效换热器;5—储液罐;6—智能控制器;7—外部管道;8—散热器;9—换热器;10—内循环水泵—————内循环管道;－－－－－－外循环管道自储能电锅炉系统图由上述系统图可看出,“可储”的功能是由加热器2及储热材料1实现的。加热器的功率愈大，储热材料的热容量愈高,可储存的热量就愈多。“可取”的功能是由取热器3中的介质吸收储热材料所储存的热量,通过高效换热器4实现的。“可控”的功

8、能是由智能控制器6控制取热器3中介质的流量实现的。显