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图1:电储热供暖项目示意图
根据储热设备的载热材料不同,储热技术主要可分为水储热,固体储热和熔盐储热。
(1)水储热技术就是将热能以热水的形式存储起来,根据存储热水的温度和压力,水储热又可分为常压储热和承压储热;常压储热的温度利用范围一般在35℃~85℃,特点是储热设备投资成本低,无需换热设备,适用于对供热温度要求不高的民用采暖领域,缺点是储能密度小,占地面积大;承压水储热的温度一般在120℃~150℃,优点是储能密度提高,可对外提供蒸汽供热,主要问题是需要承压容器,存在一定安全风险,设备成本较高。下图2是丹麦Avedøre热电厂用于满足地区供热的热水储能罐,容积为2x24,000m3,储热温度为120℃,热水压力10bar。
图2:丹麦Avedøre热电厂的承压热水储能罐
(2)固体储热一般采用金属氧化物作为储热介质,如高密度铁镁金属氧化物材料,储热温度最高可达800℃,利用空气作为换热介质,由变频风扇驱动空气进行热量循环和交换,固体储热示意图如图3所示。固体储热温度高,储能密度较大,对外输出热能的形式多样,既可以提供最高温度400℃的热风,也能够提供300℃以下的热油,还可以提供高温蒸汽和热水,因此能够满足工业和民用多个领域的用热需求。
图3:固体储热装置
(3)熔盐储热系统,将电能转化为高温熔融态无机盐类的显式热能,也就是通过电加热器将廉价电能转化为热能,使熔盐温度升高,存储在高温熔盐罐中;当需要对外供给热能时,高温熔盐在换热器内释放存储的热量,温度降低后的熔盐存入低温熔盐罐,如图4所示。熔盐储热的储热介质和传热介质一般为硝酸盐混合物,如太阳光热发电中常用的“太阳盐”,硝酸钠和硝酸钾混合物,或者其他低熔点盐类,具有无蒸发压力,腐蚀性小,比热容大,热化学稳定性好的优点。熔盐储热具有工作温度范围宽,储能密度大,能够产生高温高压蒸汽的优点,适用于火电厂灵活性改造的热能存储,工业园区热能综合利用,工业用热和大规模民用集中供暖等领域。
图4:双罐式熔盐储热设备
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