实现低成本清洁采暖的“热库”——相变储能蓄热供暖技术

相变储能蓄热技术可解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高可再生能源利用率的有效手段。相变储能蓄热技术能有效利用相变材料相变时吸收或者释放大量潜热并保持温度恒定的特性，相变潜热所蕴藏的能量比固体或者液体的显热大得多，所以可广泛用于电力调峰、蓄热供暖、工业热能回收利用，以及新能源储能蓄热等领域。

目前建筑能耗已经占到整个社会能源消耗的40%，而制冷和供暖能耗又占到建筑能耗的50%以上，因此如果能对建筑的供暖进行储能蓄热调峰，可以利用有效利用电网能源，避免了之前的能源浪费。同时在商业和工业建筑中，峰谷电价价差明显，国家鼓励峰谷电价政策推广应用，大力发展相变储能蓄热供暖，充分利用夜间低价谷电进行储能蓄热解决工厂楼房的热水供应与供暖，那么也将对建筑的物业产生巨大的经济价值，并且能够平衡逐渐增多的可再生能源入网电量负荷，对整个电网的稳定将会有重大的意义，形成电网与用户双赢的局面。

应粉丝读者要求本文将对相变储能蓄热供暖技术进行分析，对相变蓄热产品进行具体的性能测试，同时对采用夜间低价谷电储能蓄热供暖的典型应用案例进行分析。

相变储能蓄热技术分析

全球对相变材料的研究已经有几十年的历史，目前相变材料基本分为2类，一类是有机相变材料，另一类是无机相变材料。有机材料最大的优势是稳定性好，但是储能密度低，导热性差，成本高;无机材料优势是储能密度大，导热性好，成本低，但是循环稳定性差。天帅智能科技股份公司在无机相变材料的稳定性上取得了重大突破，材料循环5000次以上，各项指标都保持稳定，因此可以很好地实现产品化。

1、相变储能热库

若将相变材料应用到储能蓄热领域，直接使用材料在工程项目中很难实现，往往需要某种特定容器装入相变材料，同时需要一套换热系统用于相变材料与传热介质之间的换热。另外在容器周围需要足够的保温层。相变储能蓄热设备称为热库。无机相变纳米复合材料，其相变温度在78°C左右，其额定蓄热量为650MJ。

热库外形为一立方体结构，外轮廓尺寸为942mm×942mm×1835mm，自重2.1t。其内部有一特殊钢制内胆，内胆内部灌装有相变材料，材料中均匀排布有铜质换热器，内胆外部为聚氨酯保温层，厚度为50mm。热库外观图及其结构原理如图1所示。

图1：热库外观图及结构原理

对于储能蓄热设备，其蓄热能力、充放热的性能表现、充放热效率以及热损性能等关键指标的优劣直接影响了该设备能否使用。该热库产品委托中国建筑科学研究院下属国家空调质量检验中心对上述热性能进行了检测，分别进行了恒定充热功率及恒定进水温度放热测试，恒定进水温度充热及恒定功率放热测试，以及热损测试共3项检测，其实验结果分析如下。

表1为恒定充热功率及恒定进水温度放热测试结果。从数据中可以看出，整个充热时间为377min，不到7h，平均充热功率为28.38kW，充热量为641.93MJ;放热时用20°C恒温水放热，放热的最大功率258kW，放热量为639.49MJ，与额定储热量650MJ只相差不到2%，充放热效率高达99.6%，电能转化率为95%。

表1：恒定充热功率及恒定进水温度放热测试结果

表2为恒定进水温度充热及恒定功率放热测试结果。从数据中可以看出，在90°C恒温进水充热条件下，充热时间只需224min，不到4h即可充满。在恒定9.9kW的放热功率下，放热时间长达957min(约16h)。

表2：恒定进水温度充热及恒定功率放热测试结果

热损性能测试实验中，在室温20°C环境条件下，热库24h的热损为4.85%。

2、夜间低价谷电储能蓄热供暖系统

图2所示为典型的谷电蓄热供暖系统原理图。其工作原理是在谷电时段电锅炉工作加热循环水，通过循环泵把热水中的热量带入热库，为热库充热。夜间末端如果需要供热，直接运行二次侧，所需热量由电锅炉直接提供。在非谷电时段，循环泵工作，带出热库中的热量，通过板换把热量换到二次侧，为末端供暖。

图2：谷电蓄热供暖系统原理图

从全球的发展大势来看，中国作为能源大国，发展储能蓄热技术更应该提到更高的战略层面上，这是长期的国际储热技术竞争的需要，更是实现碳达峰碳中和目标的要求。在2017年国家发改委等五部委《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》文件中提到，集中攻关一批具有关键核心意义的储能技术和材料，涉及相变储热材料与高温储热技术等。

试验示范一批具有产业化潜力的储能技术和装备，涉及大容量新型相变储能蓄热。天帅智能科技股份有限公司投入科研力量多年研发，推出了天帅智能相变储能供暖系统，在节能环保的同时，为居民提供低成本清洁供暖，为国家电网削峰填谷，为可再生新能源解决无法即时消纳而造成的弃风弃光难题。文件发布至今，无论是在技术成熟度还是市场化应用上，储热行业都取得了长足的进步。

天帅智能科技股份有限公司相变储热技术研发方向已经覆盖水储热、相变储热、固体储热、熔盐储热等多种储热技术路径，依托其高性能的储能技术，公司清洁供暖项目覆盖：大型楼宇储能供热、城镇小区储能供热、工业园区储能供热、清洁燃煤供热机组储能供热、大型可再生能源基地储能供热等多种类型。

储能蓄热清洁供暖商业价值巨大，市场空间广阔，在清洁供暖领域，天帅智能科技相变储能蓄热供暖技术已经实现了广泛应用：1、在居民供暖中实际效果与运行成本在众多供暖技术路线中占据优势；2、在工业用热领域，在峰谷电价等配套政策较好的地方，储热电锅炉应用于工业蒸汽领域，成本已经可以与燃气相当；

3、在高温发电领域，多个配套长时间低成本熔盐储热技术的光热发电项目已投入运行；4、在火电灵活性改造方面，两批国家试点项目中有一半以上采用了储热相关技术路线；5、在源网荷储一体化和多能互补综合能源服务项目开发中，储热更是不可或缺。