淺談清潔能源在城市供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭澤強

（沈陽恒久安泰環(huán)保與節(jié)能科技有限公司，遼寧 沈陽 110020）

現(xiàn)代化的城市供熱建設(shè)水平不斷提升，通過集中性地能源供熱和廢物排放，減少使用煤炭鍋爐進行取暖的方式，實現(xiàn)供暖技術(shù)的創(chuàng)新使用，優(yōu)化新型供熱系統(tǒng)，促進城市更好發(fā)展，應(yīng)用清潔能源進行整合和燃燒供熱，在大幅度降低能源浪費和不可再生能源使用量的同時，也是順應(yīng)國家綠色可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用清潔能源進行生產(chǎn)生活的要求的體現(xiàn)。

1 發(fā)展清潔能源供熱的重要性分析

供熱系統(tǒng)的運行伴隨著大量能源消耗和污染物的排放，污染物被直接排放于地面和空氣中，造成了嚴重的土壤污染和空氣質(zhì)量水平下降，例如近年來霧霾現(xiàn)象持續(xù)不斷，污染性供暖能源的使用嚴重影響著人們正常的生活，而應(yīng)用新型能源，通過綜合性能源應(yīng)用檢測，利用科學比例配比的清潔能源作為供熱原料，在改變單一清潔能源運用中供熱效果存在的漏洞的同時，實現(xiàn)了綜合性能源應(yīng)用，也是響應(yīng)國家綠色健康生活，推進清潔能源發(fā)展的重要實踐，為今后清潔能源的發(fā)展提供有益借鑒。

清潔能源屬于環(huán)境友好型資源，在燃燒或其他使用過程中不會產(chǎn)生污染物，大大提高了環(huán)境質(zhì)量水平，也是現(xiàn)代化綠色可持續(xù)發(fā)展的重點應(yīng)用研究能源類型，如何更好地運用清潔能源，例如可再生能源的有效配比綜合運用以提高能源利用效率，實現(xiàn)能源使用成本的降低顯得尤為重要。

2 供熱能源的種類及使用供暖能力評析

清潔能源種類較為復(fù)雜，包括的供暖項目也有許多類型，主要有電廠電熱聯(lián)合供電、鍋爐供暖、渣水余熱供暖、電蓄熱鍋爐、冷卻水供熱等供暖方式實現(xiàn)清潔能源對熱量的供應(yīng)。

2.1 電蓄熱及空氣源應(yīng)用分析

采用空氣源熱泵的供暖方式，其裝置安裝具有充分的靈活性，且需要的建設(shè)資金較低，能夠起到良好的節(jié)能作用。傳統(tǒng)的空氣源熱泵應(yīng)用存在一些缺點，例如可能會存在空氣溫度過低而出現(xiàn)機械結(jié)霜現(xiàn)象，影響熱泵的正常使用。而現(xiàn)階段通過應(yīng)用蓄能新技術(shù)對熱泵機械進行蓄能工作，能夠在低溫條件下提高熱泵的表面溫度，降低發(fā)燒結(jié)霜的可能性[1]。

本文主要介紹了采用新型蓄能技術(shù)在空氣源熱泵應(yīng)用的幾項注意事項：一是自行蓄熱除霜系統(tǒng)建設(shè)工作，由于空氣源熱泵應(yīng)用于寒冷的環(huán)境中，溫度過低將造成機械結(jié)霜的可能性，而將熱泵機械內(nèi)的蒸發(fā)器換為冷凝器，能夠為機械產(chǎn)生更多的熱量，降低機器產(chǎn)生霜體的可能性并降低在空氣源熱泵運行過程中生霜對整體機械應(yīng)用的影響；二是蓄能技術(shù)應(yīng)用范圍較為廣泛，可以通過太陽能或熱水機機組的方式進行蓄能工作，更為節(jié)能環(huán)保，同時應(yīng)用蓄能技術(shù)能夠更好地對熱氣進行充足的供給工作，降低熱量需求與供暖供給之間出現(xiàn)不平衡的可能性，為熱泵系統(tǒng)電量負荷調(diào)節(jié)起到重要作用。

通過國內(nèi)對顯熱蓄能工作的充分研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用蓄熱水箱對傳統(tǒng)的空氣源熱泵機械進行改造工作，對于提高熱泵的制熱效果，保障機械散熱性能的更好發(fā)揮是非常重要的。通過相變蓄熱除霜低谷電價儲能供熱工作，更好地實現(xiàn)空氣源熱泵的蓄能工作，采用雙耦合電熱泵機組，在耦合熱泵的中間環(huán)路上設(shè)置蓄熱水箱，利用熱水箱中的熱量進行機械除霜工作，同時也能提高雙極耦合機組運行的穩(wěn)定性。通過對中間水環(huán)路的改進以提高雙極耦合機組在低溫下的應(yīng)用性能。

2.2 固體蓄熱式電鍋爐供暖工程

固體蓄熱式電鍋爐控制系統(tǒng)通常利用PLC控制器實現(xiàn)，該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于抗干擾能力強、通用性強、編程難度小且結(jié)構(gòu)簡單等，因此成本更低，設(shè)計、調(diào)試和施工的周期也更短。系統(tǒng)對蓄熱體溫度、室內(nèi)外溫度、供回水壓力與溫度、送回溫度等信號進行收集，依據(jù)室內(nèi)外溫度和實際運行情況對設(shè)備進行調(diào)控，使用戶用熱需求更好地得到滿足。

固體蓄熱式電鍋爐供暖工程控制要求：循環(huán)水泵、補水泵和備用泵間自行切換，實現(xiàn)手動控制和自動控制功能；水泵都具有缺項保護、短路保護和過載保護功能；水泵若發(fā)生故障停止運行可手動進行復(fù)位操作；電鍋爐具備缺項、短路、電流過流、斷水、超壓超溫等保護功能，同時具有報警功能；當電鍋爐負荷突然增大時很可能導致電網(wǎng)受到負面影響，因此電加熱管分組進行加載，可以設(shè)置每組電加熱管延遲啟動時間，分組啟動可手動或自動控制；可實現(xiàn)用戶結(jié)合個人需求對蓄熱和供熱時間段的設(shè)定；電鍋爐出水溫度的控制可由用戶自行控制。

固體蓄熱式電鍋爐如今應(yīng)用較為廣泛，在工程設(shè)計中電鍋爐蓄熱體數(shù)量偏少，氣-水換熱器設(shè)計和風機型號選擇不夠科學合理等問題時有發(fā)生，在固體蓄熱式電鍋爐運行過程中，放熱周期完成前，供暖熱負荷顯然要比輸出功率要高，而且高出幾倍到十幾倍，因此室內(nèi)溫度并不理想，蓄熱量有效值也偏低，因此需要補熱。固體蓄熱式裝置的主要構(gòu)成部分包括配電柜、換熱器、保溫層、隔熱層、通風道、循環(huán)風機和熱電阻等。保溫箱采用珍珠巖保溫隔熱材質(zhì)制作而成，熱能泄漏可以控制在每天低于2%的水平。蓄熱磚材質(zhì)以氧化鎂為主要材料的高溫燒結(jié)磚體，其熔點為 2540℃，沸點為 3520℃，長期安全使用溫度可以達到500～600℃，該材料的密度在 2.85g-3g/cm3，比熱容在 0.3cal/g?℃，單位體積蓄熱材料的蓄熱能力約為常壓水的17.5 倍。固體氧化鎂蓄熱磚本身還是一種很好的高溫絕緣材料，設(shè)備可以直接使用 10kV 高壓電源作為加熱電源?？傊?，固體氧化鎂磚高溫蓄熱電裝置可以更好地發(fā)揮出儲能材料的性能，相應(yīng)機房尺寸也可以縮小，對于降低工程造價是十分有利的。

加熱材質(zhì)為合金熱電阻，使蓄熱和放熱性能更好。裝置外殼采用鍍鋅鋼板材質(zhì)，并對其進行噴塑防腐處理。中央單元與其他構(gòu)成部分協(xié)同配合運行，使機組整體實現(xiàn)經(jīng)濟、安全的運轉(zhuǎn)。

固體蓄熱式電鍋爐裝置由三個過程構(gòu)成，分別為蓄熱、運熱和放熱。熱源為棄風電力，中央控制單元、水循環(huán)、空氣循環(huán)和蓄熱體是最主要的四個構(gòu)成部分。工藝流程按照先加熱、固體蓄熱儲存、取熱、熱交換和供熱尾端的順序進行。此項技術(shù)所處地區(qū)蓄熱時間段通常在晚上23:00 到第二天早上7:00 點之間，低谷電持續(xù)8 個小時，在此期間機組內(nèi)熱電阻完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，獲取到的熱量在氧化鎂蓄熱介質(zhì)內(nèi)進行存儲，蓄熱溫度最高可以超過800℃以上。合金鋼箱是用于存儲蓄熱的介質(zhì)，在其內(nèi)側(cè)包裹多層保溫隔熱材質(zhì)，使熱量損失情況得以避免，進而提升熱量利用率?？勺兯亠L機驅(qū)動空氣使其在風道中循環(huán)，從高溫蓄熱磚經(jīng)過將熱量帶走而得到高溫空氣，然后經(jīng)由機組底部的氣-水換熱器實現(xiàn)熱量向水循環(huán)系統(tǒng)的傳遞，循環(huán)水加熱之后在循環(huán)泵的作用下向輸熱管線傳遞，最終完成供熱。固體蓄熱式電鍋爐性能的評價指標有很多，其中有效蓄熱量是最重要的指標之一。蓄熱式電鍋爐正常運行的狀態(tài)下，一般電鍋爐內(nèi)部蓄熱量有效性的評估和判斷是通過換熱器進出口的溫差來進行的。固體蓄熱式電鍋爐蓄熱性能可以通過有效蓄熱量來體現(xiàn)，也就是有效蓄熱量越大則固體蓄熱式電鍋爐蓄熱性能越好，因此有效蓄熱量的提升是固體蓄熱式電鍋爐設(shè)計和應(yīng)用過程高度重視的內(nèi)容，說明電能在使用的過程中會有很多熱能提供給需求端應(yīng)用，經(jīng)濟性更為顯著[2]。

2.3 清潔能源供熱的借鑒

采用清潔性的能源進行城市的供暖工作，能夠最大限度地提高城市資源利用的環(huán)保和可持續(xù)性，是值得進行城市資源利用推廣的供暖方法，對于更好的滿足城市居民的供暖需求，并帶動相關(guān)企業(yè)的良好發(fā)展，都是非常重要的。也是順應(yīng)我國綠色可持續(xù)發(fā)展要求的重要實踐，國家也可采取一定的政策進行積極的鼓勵和支持，推進新型清潔能源供熱技術(shù)的不斷提升。并提供一定的資金保障研究的順利開展，同時可以建設(shè)多種供熱方式相結(jié)合的供熱體系，通過優(yōu)化清潔能源供熱系統(tǒng)，更好地提高城市供熱水平，不斷提升供熱的安全穩(wěn)定性，保障充足的熱源儲備，更好地滿足居民的保暖需求。

同時城市可以建設(shè)充足的機房和蓄水池等基礎(chǔ)性供暖設(shè)備，對于提高城市小區(qū)供熱水平也是非常重要的。在進行供暖規(guī)劃前，應(yīng)設(shè)置熱源供熱的主要區(qū)域劃分，并通過針對性的供暖設(shè)備建設(shè)，不斷提高建筑的供暖水平。通過建設(shè)天然氣、電蓄熱等主要供熱設(shè)備，為城市主要熱源調(diào)配提供專業(yè)性的熱量傳遞場所，為電蓄熱供熱方式的更好發(fā)展提供有益借鑒。確保充足的熱量提供來源，也為城市供熱安全水平的提高提供重要基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

現(xiàn)有的供熱方式有許多種類，如何進行最科學節(jié)約的供熱能源組合選擇，簡化供熱步驟來適應(yīng)不同情況下的供暖要求，運用多維度的指標對供熱水平進行能源節(jié)約和清潔性的評價。通過對近年來供熱方式的分析發(fā)現(xiàn)，采用集中性的大容量供暖能夠更好地起到能源使用量的控制，達到整體性能源資源使用控制的目的，也為推進節(jié)約型能源運用提供良好基礎(chǔ)，為可循環(huán)性環(huán)境建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。為能源節(jié)約性城市的更好發(fā)展提供借鑒，更好的滿足居民美好生活需求。