電蓄冷技術(shù)及其實(shí)踐應(yīng)用探究

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,二三線城市規(guī)模在不斷擴(kuò)大,用電結(jié)構(gòu)也在改變,使得城市以及地區(qū)電網(wǎng)晝夜電力負(fù)荷差值越來越大。空調(diào)系統(tǒng)是用電大戶,目前在我國(guó)的大中城市,空調(diào)的用電負(fù)荷已達(dá)電網(wǎng)總負(fù)荷的30%以上,而空調(diào)用電與電網(wǎng)峰谷基本同步,這就使得電力負(fù)荷的峰谷差進(jìn)一步增大,影響了電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所以,使用電蓄冷技術(shù)對(duì)電網(wǎng)"削峰填谷"起著至關(guān)重要的作用。

1電蓄冷技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1政策背景

2011年,由國(guó)家發(fā)改委、工信部、財(cái)政部、國(guó)資委、電監(jiān)會(huì)、國(guó)家能源局等六部門共同制定的《電力需求側(cè)管理辦法》正式實(shí)施,其中第十六條規(guī)定:"鼓勵(lì)用戶采用符合國(guó)家有關(guān)要求的高效用電設(shè)備和變頻、熱泵、電蓄冷、電蓄熱等技術(shù),合理配置無功補(bǔ)償裝置,加強(qiáng)無功管理,優(yōu)化用電方式,配合政府主管部門和電網(wǎng)企業(yè)開展電力需求側(cè)管理。"

2014年,國(guó)家電網(wǎng)開始大力實(shí)施"電能替代"戰(zhàn)略,計(jì)劃在城市集中供暖、商業(yè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域推廣熱泵、電采暖、電鍋爐、電蓄冷(熱）等各類電能替代技術(shù)。

1.2電蓄冷的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

電蓄冷系統(tǒng)是通過蓄能來節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的技術(shù),它的工作原理是:在電價(jià)低谷時(shí)段,利用空調(diào)進(jìn)行制冷,利用電蓄冷技術(shù)的顯熱或其相變過程的潛熱遷移等特性,將部分或全部能量以接近冰點(diǎn)的狀態(tài)存儲(chǔ)起來,再根據(jù)空調(diào)不同時(shí)間的負(fù)荷需求,將這些冷氣轉(zhuǎn)換成電能或者其他能量,這樣在用電電價(jià)高峰時(shí),就可以少開空調(diào)主機(jī)或者不開。

大用戶使用空調(diào)的時(shí)間與不使用空調(diào)的時(shí)間原本是和電網(wǎng)高峰和低谷時(shí)間同步的,而利用電蓄冷原理,就可以把電網(wǎng)高峰時(shí)間大用戶使用空調(diào)的用電量轉(zhuǎn)移到電價(jià)低谷時(shí)段。所以,電蓄冷系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:轉(zhuǎn)換空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。這樣,一方面可以得到夜間低谷電價(jià)的優(yōu)惠,另一方面也減少了大用戶在白天用電高峰時(shí)的電負(fù)荷,降低了負(fù)荷壓力,達(dá)到了"削峰填谷"、節(jié)約空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用的目的。

蓄冷中央空調(diào)正是使用了電蓄冷技術(shù),其從系統(tǒng)構(gòu)成上來說只是在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套蓄冷裝置,其他各部分在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)空調(diào)并無不同,它在使用范圍方面也與常規(guī)空調(diào)基本一致。

從最近幾年的數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn),空調(diào)使用高峰時(shí)用電量能達(dá)到整個(gè)城市用電負(fù)荷的30%～40%,這樣就加大了電網(wǎng)的峰谷用電差。電蓄冷中央空調(diào)能得到大工業(yè)制造用戶的重視和應(yīng)用,正是因?yàn)樗谌粘Ｓ秒娚夏?削峰填谷",是電力需求側(cè)最有效的電能存儲(chǔ)方法。

電蓄冷對(duì)于大工業(yè)用戶還有以下一些突出優(yōu)點(diǎn):(1）節(jié)省電力設(shè)備費(fèi)用與用電困擾:(2）蓄冷空調(diào)效率高,具有節(jié)能效果:(3）節(jié)省冷水設(shè)備費(fèi)用:(4）除濕效果良好:(5）斷電時(shí)利用一般功率發(fā)電機(jī)仍可保持室內(nèi)空調(diào)運(yùn)行:(6）可快速達(dá)到冷卻效果。

1.3電蓄冷的電價(jià)優(yōu)勢(shì)

根據(jù)廣東省發(fā)展改革委文件《關(guān)于蓄冷電價(jià)有關(guān)問題的通知》(粵發(fā)改價(jià)格函(2017)5073號(hào)）可知,峰平谷電價(jià)比價(jià)為1.65:1:0.25,江門蓬海新鶴地區(qū)谷期蓄冷電價(jià)為0.183元/kwh,臺(tái)開恩地區(qū)谷期蓄冷電價(jià)為0.161元/kwh。

相比同地區(qū)的大工業(yè)1～10kV峰電價(jià)1.007元/kwh,平電價(jià)0.6104元/kwh,谷電價(jià)0.3052元/kwh,谷期蓄冷電價(jià)有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2電蓄冷技術(shù)在江門地區(qū)的應(yīng)用

電蓄冷是利用夜間低谷時(shí)間的負(fù)荷電力制冷并根據(jù)需要儲(chǔ)存起來,而白天通過放冷方式將夜間低谷時(shí)存儲(chǔ)的冷量轉(zhuǎn)換成電能或者其他能量,以減少電網(wǎng)高峰時(shí)段用電負(fù)荷及大工業(yè)空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量。江門地區(qū)的一間計(jì)算機(jī)設(shè)備公司在2019年初進(jìn)行了電蓄冷改造,即"空調(diào)機(jī)房冰蓄冷改造項(xiàng)目"。

在冰蓄冷改造前,改造方根據(jù)公司廠房提供的2017年度空調(diào)用電報(bào)告進(jìn)行了系統(tǒng)分析和測(cè)量,原空調(diào)系統(tǒng)共有5臺(tái)主機(jī),由于主機(jī)使用年限過長(zhǎng)導(dǎo)致的制冷能力衰減、機(jī)房原設(shè)計(jì)變頻二次冷凍泵未能正常運(yùn)行等問題,當(dāng)時(shí)機(jī)房的綜合能效很低。測(cè)試計(jì)算得到的主機(jī)COP(當(dāng)天制冷工況下的C0P）為3.91,相比主機(jī)原COP(5.56）衰減了約30%。按2018年主機(jī)運(yùn)行工況計(jì)算,得到常規(guī)空調(diào)能耗及運(yùn)行費(fèi)用如表1所示。

通過與用戶溝通協(xié)商,用戶認(rèn)可空調(diào)年負(fù)荷為173萬RT,空調(diào)年用電量為220萬kwh,空調(diào)年電費(fèi)約158萬元,折合為0.913元/RT。

改造使用的電蓄冷系統(tǒng),包括500RT雙工況主機(jī)、2660RT金屬盤管蓄冰槽、板式換熱器、相關(guān)附屬設(shè)備及自控設(shè)備。按改造后主機(jī)運(yùn)行工況計(jì)算,得到電蓄冷空調(diào)能耗及運(yùn)行費(fèi)用如表2所示。

同時(shí)再通過系統(tǒng)優(yōu)化,如增加變頻、取消一次泵、增加自控系統(tǒng)等,可增加節(jié)能量約21萬元/年。其中,取消一次泵(55kw）,全年合計(jì)減少用電13.52萬kwh,運(yùn)行費(fèi)用預(yù)計(jì)減少9萬元:二次泵增加變頻(90kw）,全年合計(jì)減少用電8.8萬kwh,運(yùn)行費(fèi)用預(yù)計(jì)減少6萬元:增加自控系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行策略進(jìn)行優(yōu)化,可節(jié)約年運(yùn)行費(fèi)用約5%,即6萬元。項(xiàng)目建成后蓄冷削峰率達(dá)60%,用冷成本約為0.584元/RT。

根據(jù)以上計(jì)算,改造約為客戶每年節(jié)約成本150多萬元。

3電蓄冷技術(shù)推廣的意義

從宏觀角度來講,采用電蓄冷空調(diào)系統(tǒng)充分利用了夜間低谷電,平衡了電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差,提高了電廠發(fā)電效率,可以減少電廠建設(shè),減少溫室氣體排放,具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

從微觀角度來講,采用電蓄冷空調(diào)利用夜間低谷電為建筑提供冷量,降低了用戶的空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用,可減少用戶空調(diào)主機(jī)及空調(diào)用電容量配置約35%:在部分負(fù)荷情況下及過渡季節(jié),可以為建筑融冰定量供冷,少開甚至無需開主機(jī),主機(jī)運(yùn)行時(shí)都在高效區(qū),不會(huì)出現(xiàn)主機(jī)大馬拉小車的現(xiàn)象:可以提供5℃低溫供冷,除濕能力強(qiáng),提高了空調(diào)的舒適性:制冷速度快,上班前提前開機(jī)時(shí)間短:具備應(yīng)急冷源功能,如遇突然斷電,開啟備用電源為水泵提供動(dòng)力即可為建筑提供冷量。

4結(jié)語(yǔ)

電蓄冷技術(shù)是利用夜間低谷負(fù)荷電力制冰儲(chǔ)存在蓄冰裝置中,白天融冰將所儲(chǔ)存冷量釋放出來,減少電網(wǎng)高峰時(shí)段空調(diào)用電負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量,它代表著當(dāng)今世界中央空調(diào)的發(fā)展方向。電蓄冷項(xiàng)目有大型化的發(fā)展趨勢(shì),其必將在區(qū)域供冷的實(shí)踐應(yīng)用中越來越多地得到推廣。