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冰漿是大規(guī)模蓄冷的重要發(fā)展趨勢(shì) 發(fā)布時(shí)間：2023-03-04 15:01:28| 點(diǎn)擊次數(shù)：

中國(guó)清潔供熱平臺(tái)訊：從成本來(lái)看，按目前儲(chǔ)電綜合成本約3000元/kWh，移峰1kWh的電力負(fù)荷，蓄冷的成本僅為350-500元/kWh（LiB儲(chǔ)能技術(shù)的10~20%）。此外，蓄冷的上下游產(chǎn)業(yè)配套比較成熟，規(guī)模化應(yīng)用后的成本下降空間大。
在6月22-23日于常州召開的2021年第三屆中國(guó)儲(chǔ)熱大會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所研究員、儲(chǔ)能技術(shù)研究室副主任宋文吉就“過(guò)冷水冰漿技術(shù)及其蓄冷應(yīng)用”作主題演講。
發(fā)展蓄冷技術(shù)的重要意義
宋文吉指出，制冷是社會(huì)能源消耗的重要組成部分。制冷空調(diào)的能耗和溫室氣體排放是中國(guó)30/60雙碳目標(biāo)的重要組成部分。中國(guó)夏季電力高峰負(fù)荷的40%以上是制冷空調(diào)造成的，商業(yè)/公共建筑50%以上的能耗是空調(diào)機(jī)組。同時(shí)，越來(lái)越多的樓宇采用熱泵空調(diào)，夏季供冷、冬季供熱，空調(diào)機(jī)組同時(shí)影響全年的供電負(fù)荷。因此，必須充分重視制冷空調(diào)對(duì)電力負(fù)荷的影響，否則反饋到上游，則直接影響電力的供應(yīng)和可再生能源的消納。
宋文吉強(qiáng)調(diào)，大規(guī)模蓄冷是重要的儲(chǔ)能調(diào)峰技術(shù)。以廣州珠江新城為例，前40個(gè)中央空調(diào)的用電負(fù)荷就達(dá)到了106MW，約占廣州從化抽水蓄能電站（8臺(tái)30萬(wàn)kW機(jī)組）容量的1/20。相關(guān)規(guī)劃實(shí)施后，珠江新城集中供冷系統(tǒng)采用冰蓄冷（約60MW電力負(fù)荷調(diào)節(jié)能力），使得制冷機(jī)的裝機(jī)容量減少一半，不僅大幅降低了峰谷差、而且減少了制冷劑的使用量，系統(tǒng)綜合運(yùn)行能效大幅提高。
宋文吉介紹稱，在蓄冷領(lǐng)域，不管是從國(guó)際組織數(shù)據(jù)，還是國(guó)內(nèi)自己的調(diào)研數(shù)據(jù)來(lái)看，在商業(yè)樓宇和區(qū)域供冷這兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，以水和冰為儲(chǔ)冷介質(zhì)的蓄冷技術(shù)都是比較成熟的技術(shù)，也是主流的技術(shù)。國(guó)內(nèi)在水蓄冷、冰蓄冷的細(xì)分領(lǐng)域中也培育了一批優(yōu)秀的民族品牌，整體來(lái)看，中國(guó)蓄冷技術(shù)與日美歐并跑，處于國(guó)際先進(jìn)水平。
蓄冷儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)
從電池儲(chǔ)能的角度來(lái)說(shuō)，電力使用方便，儲(chǔ)電調(diào)峰的好處顯而易見。但從效率角度來(lái)看，對(duì)于空調(diào)機(jī)組來(lái)說(shuō)，蓄冷儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)更加明顯，因?yàn)樾罾涞臒嵝矢哂趦?chǔ)電，而熱效率決定了中央空調(diào)的運(yùn)行成本。因此，蓄冷是最高效的中央空調(diào)儲(chǔ)能調(diào)峰技術(shù)。
從成本來(lái)看，按目前儲(chǔ)電綜合成本約3000元/kWh，移峰1kWh的電力負(fù)荷，蓄冷的成本僅為350-500元/kWh(LiB儲(chǔ)能技術(shù)的10~20%)。此外，蓄冷的上下游產(chǎn)業(yè)配套比較成熟，規(guī)?；瘧?yīng)用后的成本下降空間大。
宋文吉表示，總體來(lái)看，蓄冷儲(chǔ)能在用戶側(cè)調(diào)峰的優(yōu)勢(shì)明顯，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、成本低、效率高：大規(guī)模蓄冷技術(shù)以水為介質(zhì)，成本低廉；靠近負(fù)荷中心，儲(chǔ)能效率高，移峰1kWh的電力負(fù)荷成本僅是電池技術(shù)的10~20%；蓄冷作為冷量緩存裝置，放冷時(shí)可大幅提高主機(jī)運(yùn)行效率，進(jìn)而提高系統(tǒng)的綜合能效比。
2、功率和能量調(diào)節(jié)范圍很寬、適應(yīng)性好：蓄冷系統(tǒng)的功率變換裝置為制冷主機(jī)和換熱器，調(diào)節(jié)范圍從MW~GW，儲(chǔ)能裝置為保溫水槽，根據(jù)需要可滿足Hour、Day、甚至跨季節(jié)的調(diào)節(jié)需求；系統(tǒng)壽命可達(dá)20年以上。
3、環(huán)保效益：蓄冷系統(tǒng)除了對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生移峰填谷效益外，能大幅度減少制冷機(jī)組的裝機(jī)容量，從而減少氟利昂的使用，獲取環(huán)保效益。
冰漿蓄冷的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
冰蓄冷技術(shù)發(fā)展至今主要經(jīng)歷了三個(gè)重要的發(fā)展階段。首先是上個(gè)世紀(jì)80年代的冰球制冷方式，其次是90年代開始的盤管技術(shù)，2020年代后的第三代是冰漿的方式。
宋文吉介紹稱，與現(xiàn)有蓄冷技術(shù)相比，冰漿具有成本低、制冰能效高、負(fù)荷響應(yīng)速度快、占地面積小等突出優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)自2010年開始興起，經(jīng)歷十年發(fā)展，中國(guó)蓄冷儲(chǔ)能技術(shù)正在進(jìn)入冰漿蓄冷時(shí)代。
冰漿制取的基本原理
冰漿蓄冷充分利用水的過(guò)冷特性，在時(shí)間和空間上將換熱和相變解耦，做到“換熱時(shí)不相變，相變時(shí)不換熱”，由此大幅提高系統(tǒng)效率。冰漿蓄冷的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、蓄冷能效高：制冷劑蒸發(fā)溫度高，制冷機(jī)組COP大幅度提高，制冰能耗比冰球和盤管技術(shù)降低20%以上。
2、放冷速度快：冰漿的比表面積是冰球和盤管的100倍以上，融冰速度快、負(fù)荷響應(yīng)靈敏，可滿足任何建筑的負(fù)荷變動(dòng)需求。動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，可實(shí)現(xiàn)電力調(diào)峰的快速響應(yīng)。
3、占地面積小、易維護(hù)：蓄冰槽中無(wú)冰球和盤管，冰槽體積大幅度減小。冰漿具有流動(dòng)性，對(duì)蓄冰槽形狀無(wú)特殊要求，可以利用現(xiàn)有的各種地下室、停車場(chǎng)、現(xiàn)有水槽等。
4、投資回收期短：雖然蓄冷空調(diào)的初投資略高于普通空調(diào)，但運(yùn)行費(fèi)用卻大幅度降低，新增設(shè)備的投資回收期僅需2-4年。以水為介質(zhì)，安全可靠，維護(hù)成本低，使用壽命至少20年。
冰漿蓄冷在中央空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用
中央空調(diào)蓄冷充分利用峰谷電價(jià)，夜間制冰蓄冷、白天融冰放冷，為各種中央空調(diào)和產(chǎn)業(yè)制冷系統(tǒng)提供冷量，為用戶節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷移峰填谷。
一般情況下，在用戶現(xiàn)有中央空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加一套冰漿機(jī)組和相應(yīng)的蓄冷/放冷設(shè)備，即可滿足用戶不同時(shí)段的用冷需求。類比化學(xué)儲(chǔ)電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)功率與容量、制冷功率與放冷功率的雙解耦。
部分典型工程案例
從技術(shù)升級(jí)方向來(lái)看，下一代冰漿蓄冷技術(shù)升級(jí)將堅(jiān)持能效提升和裝備提升兩個(gè)思路，一是簡(jiǎn)化系統(tǒng)，減少載冷劑循環(huán)，可節(jié)省約20%泵功；減少換熱損失，可提高約6%的效率；二是提高制冰設(shè)備的集成度，減小占地面積；研發(fā)大容量制冰機(jī)組，實(shí)現(xiàn)電-冷轉(zhuǎn)換（制冰）裝備的集成化、模塊化、大型化，降低蓄冷系統(tǒng)成本，提高場(chǎng)景適應(yīng)性。
冰漿技術(shù)在供熱及其他領(lǐng)域的應(yīng)用
宋文吉指出，冰漿技術(shù)也可在供熱領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。利用可控相變技術(shù)，可以進(jìn)一步提取由水到冰的相變潛熱，這個(gè)熱可以作為熱泵供熱的熱源，冰源熱泵可為跨季節(jié)儲(chǔ)冷提供免費(fèi)的冰。
基于冰源熱泵（可控相變）清潔供暖技術(shù)，可以取地下水，地表水，用熱泵方式解決清潔供暖的問(wèn)題，近年來(lái)，中科院廣州能源研究所已建成運(yùn)行南京銀杏山莊等多個(gè)項(xiàng)目。
以華東某城市冬季供暖為例：熱負(fù)荷25W/m²，供暖季4個(gè)月，以冰源熱泵技術(shù)進(jìn)行清潔供暖，只需要0.5噸水(由15℃降為0℃的冰)；按清潔供暖面積10萬(wàn)m²計(jì)算，耗水量?jī)H為5萬(wàn)噸。在滿足供暖需求的同時(shí)，可跨季節(jié)收集冷量1,40萬(wàn)RTh，約折合1.40GWh的電能。
此外，宋文吉還提到了冰漿跨季節(jié)蓄冷儲(chǔ)能概念。結(jié)合冬季氣候特點(diǎn)和電力供應(yīng)特點(diǎn)高效制冰，將冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)用于夏季及過(guò)渡季節(jié)的集中供冷，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷系統(tǒng)的GWh級(jí)儲(chǔ)能。由于淺層土壤溫度與儲(chǔ)冷介質(zhì)的溫差較小(最低0℃)，所以跨季節(jié)蓄冷的熱效率要高于跨季節(jié)蓄熱(熱水溫度80-90℃)，且工程難度更低。
冰漿跨季節(jié)蓄冷涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù):
1、如何高效、低成本地蓄冷：蓄冷周期內(nèi)的低價(jià)電力制冷（低谷電、可再生發(fā)電的富余電、等等）；蓄冰槽內(nèi)的溫度管理（水溫分層、斜溫層控制等等）、中短周期操作策略等。
2、如何高效地用冷：蓄冰槽內(nèi)的溫度管理（蓄冷-放冷）；冷能品位的梯級(jí)利用（直接換熱-制冷機(jī)組提冷、除濕（溫濕度獨(dú)立控制等）、大溫差供冷等等）。
3、如何構(gòu)建大型人工儲(chǔ)冷設(shè)施：結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響（能效、儲(chǔ)能效率、等效循環(huán)次數(shù)等）、對(duì)環(huán)境的影響等；選址、投資分析、盈利模式等等。
此外，除制冷供熱領(lǐng)域以外，冰漿可為用戶提供0-1℃的高品質(zhì)潔凈冷源，尤其適合食品加工、飲品工藝?yán)鋮s、冰溫保鮮等領(lǐng)域。與此同時(shí)，冰漿是天然優(yōu)質(zhì)的潛熱輸送介質(zhì)，因冰晶相變潛熱的存在，單位體積可攜帶更多冷量，可大幅降低冷量輸送能耗和系統(tǒng)初投資。

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