氧化鎂儲(chǔ)能系統(tǒng)簡(jiǎn)析

孫伯宇 楊凡

摘 要：氧化鎂的導(dǎo)熱性能和材料成本經(jīng)濟(jì)性良好，氧化鎂儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的水溫范圍為30℃～90℃，冬季可用以采暖系統(tǒng)，夏季運(yùn)行時(shí)90℃的高溫水可以進(jìn)入熱水型溴化鋰機(jī)組，供空調(diào)冷水，用于制冷系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性估算，該技術(shù)較適用熱價(jià)較貴而電價(jià)較為便宜的條件下，也適合在冬季棄風(fēng)地區(qū)采用，減少棄風(fēng)，提高收益。

關(guān)鍵詞：氧化鎂；儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)分析

1 蓄熱材料介紹

近年來(lái)提出了一種新型的固體電蓄熱技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)電熱絲將熱量?jī)?chǔ)存在由蓄熱能力較強(qiáng)的固體材料集成的裝置內(nèi)，以獲得較高的顯熱蓄熱溫度。固體電蓄熱裝置是蓄熱電鍋爐的一種形式。一般固體蓄熱介質(zhì)的質(zhì)量比熱只有水的1/4左右，但其密度往往是水的2倍以上，蓄熱溫度最高能達(dá)到800℃甚至更高[1]。因此綜合來(lái)看，固體蓄熱介質(zhì)的蓄熱能力與同體積的水相比理論上要高出5倍左右，在一定程度上降低機(jī)房占地面積及設(shè)備的初投資。

固態(tài)蓄熱材料的容積熱容量一般比較高，可承受的溫度變化幅度也很大。金屬氧化物中，高含量的氧化鋁和高含量的氧化鎂皆有較高的熱容量，但是氧化鎂的導(dǎo)熱性能和材料成本要比氧化鋁好一些，因此是儲(chǔ)熱材料的絕佳選擇[2]。

2 氧化鎂蓄熱系統(tǒng)介紹

一種典型的蓄、放熱循環(huán)系統(tǒng)如圖1所示。

該系統(tǒng)包含固體電蓄熱器、保溫層、蓄熱介質(zhì)、熱風(fēng)循環(huán)、熱交換器、熱水循環(huán)等部件。

固體電蓄熱器：設(shè)備中的發(fā)熱管，通過(guò)電阻絲發(fā)熱，將電能儲(chǔ)存在固體蓄熱材料氧化鎂中，電能向固體蓄熱材料的能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)95%。

保溫層：包在固體電蓄熱部件上，保溫層需要有效防止熱量流失，采用納米保溫隔熱材料，設(shè)備每天的熱損耗低于2%。

蓄熱介質(zhì)：高密度的氧化鎂陶瓷特殊材料的蓄能塊中間砌有管道，電阻絲從中穿過(guò)。氧化鎂吸收電阻絲發(fā)熱釋放的熱量，通過(guò)提高自身顯熱，儲(chǔ)存能量。高密度的氧化鎂陶瓷特殊材料的蓄能塊，儲(chǔ)熱密度大，可吸收900℃高溫[3]。

熱風(fēng)循環(huán)：通過(guò)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)風(fēng)道將空氣送入固體電蓄熱模塊中，蓄熱介質(zhì)釋放熱量于空氣中，被加熱的空氣進(jìn)入氣—水換熱器。空氣在設(shè)備腔體內(nèi)部循環(huán)，設(shè)備內(nèi)部腔體中設(shè)置有空氣存儲(chǔ)腔體。

熱交換器、熱水循環(huán)：風(fēng)機(jī)將空氣送入氣—水換熱器和內(nèi)部的循環(huán)數(shù)進(jìn)行熱交換，輸入的冷水被加熱后由循環(huán)水泵送入輸水管線，供給熱用戶；輸出的熱水溫度可以根據(jù)室內(nèi)外的傳感器進(jìn)行輸出水溫調(diào)節(jié)。

3 系統(tǒng)投資估算

以3000kW規(guī)模的氧化鎂蓄熱系統(tǒng)為例，系統(tǒng)投資估算如下：

電加熱單元15.1萬(wàn)元、固體合金蓄熱體151.5萬(wàn)元、絕熱保溫層0.12萬(wàn)元、單級(jí)或多級(jí)熱交換器組28.8萬(wàn)元、空氣循環(huán)離心風(fēng)機(jī)組4.75萬(wàn)元、低壓電功率供給柜組3.4萬(wàn)元、自控柜12.8萬(wàn)元、傳感系統(tǒng)18.15萬(wàn)元、鋼制設(shè)備組架及設(shè)備外殼21.1萬(wàn)元、風(fēng)機(jī)軸承部冷卻系統(tǒng)2.48萬(wàn)元、換熱設(shè)備連接組件1.8萬(wàn)元、施工安裝及其他費(fèi)用40萬(wàn)元，共計(jì)300萬(wàn)元。

根據(jù)估算，氧化鎂蓄熱系統(tǒng)單位造價(jià)約1000元/kW。

4 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

用電電價(jià)與供熱價(jià)格為影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵影響因素，本報(bào)告分別分析了系統(tǒng)簡(jiǎn)單靜態(tài)收益率達(dá)到5%和8%時(shí)，不同的供熱價(jià)格對(duì)應(yīng)的用電成本如下。

表1 供熱價(jià)格與用電成本對(duì)應(yīng)表

[供熱價(jià)格-元/kWh 用電電價(jià)-元/kWh 靜態(tài)收益率5% 靜態(tài)收益率8% 0.10 0.0511 0.0486 0.16 0.1022 0.0983 0.22 0.1534 0.1480 0.28 0.2044 0.1977 0.34 0.2555 0.2474 0.40 0.3065 0.2970 ]

5 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)輸出的水溫范圍為30-90℃，冬季運(yùn)行時(shí)可適用于地暖、風(fēng)機(jī)盤管、暖氣片等采暖末端形式，夏季運(yùn)行時(shí)90℃的高溫水可以進(jìn)入熱水型溴化鋰機(jī)組，供空調(diào)冷水，用于制冷系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性估算，該技術(shù)較適用熱價(jià)較貴而電價(jià)較為便宜的條件下，也適合在冬季棄風(fēng)地區(qū)采用，減少棄風(fēng)，提高收益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廖晉.固體電蓄熱裝置的傳熱特性研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

[2] 胡慶福，胡曉湘，宋麗英.中國(guó)專用氧化鎂開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及其發(fā)展建議[J].化工進(jìn)展，2005（1）：28～31.

[3] 胡松濤，宋仁江，劉光乘，張浩庭.中國(guó)專用氧化鎂開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及其發(fā)展建議[J].化工進(jìn)展，2005（1）：28～31.