冰蓄能空调技术及其发展

　　关键词：电力 储能空调

　　1、引言

　　我国是一个能源供应十分紧张的国家，建国以来，特别是改革开放以来，政府虽用了大量的财力建设电厂，仍满足不了每年用电以6～8％增长的需要，近年来随着现代工业的发展和生活水平的提高，导致中央空调的需求量越来越大，一些大中城市空调用电量已占其高峰用电量的35％以上，使得电力系统峰谷荷差加大，电网负荷率下降，电网不得不实行拉闸限电，严重制约工农业生产和投资环境，为此电力部门已明确提出到2010年电网移峰填谷达1500～2000万kW。与其相配套的优惠用电政策也相继出台，这给冰储能中央空调的广泛应用带来了契机。

　　2、空调冷（热）源简介

　　工业与民用建筑中中央空调用冷热源常见的类型如表1所示，以每小时提供100万大卡的不同形式的空调冷热源的经济性比较，如表2。

　　表1.中央空调常用冷热源分类

　　表2.制冷量为1162kW(100万kcal/h)制冷机房经济性能比较

　　由此可知电动空调简单、安全、可靠、经济高效、但需要用电驱动，无疑将加大了电网

　　高峰用电的紧张程度。

　　3、空调冷（热）负荷分析

　　综合分析一些已建成投运的建筑物，不难发现其空调冷热负荷有以下一些基本特点：

　　（1）空调年运行负荷率低，一般达到设计负荷50％以下的运行时间占全年运行时间的65％。

　　（2）空调日负荷曲线一般同电网用电负荷曲线同步。

　　（3）空调用电量高峰时达到城市总用电负荷的25％～35％，加大了电网的峰谷荷用电差,加强用电需求侧管理势在必行。

　　（4）冰蓄能空调技术能帮助电网有效实行移峰填谷。

　　图1 典型建筑物的空调负荷随时间的分布状况

　　4、冰蓄冷空调原理及优缺点分析

　　蓄能空调是指建筑物空调时所需冷（热）负荷的全部或者一部分在非使用空调时间制备好，将其能量蓄存起来供空调时使用。具有以下明显优点和不足。

　　4.1 优点

　　1.平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。2.制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。3.利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。4.冰蓄能技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。5. 冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。6.相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。7.具有应急冷〔热〕源，空调可靠性提高。8.冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。

　　4.2 缺点

　　1.通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大。 2.蓄能装置要占用一定的建筑空间。3.制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低。4.设计与调试相对复杂。

　　以上4项缺点经过有关政府部门和工程技术人员的努力，有些已得到克服，有些得到了缓解，有些尚在进一步研究当中。冰蓄冷空调一次性投资较常规空调大已得到了有效的克服，通常对于适合采用冰蓄冷空调的建筑，如常规空调系统选用风冷热泵或直燃型溴化锂吸收式制冷机，一般冰蓄冷空调投资不会超过常规空调系统；但如果常规系统选用水冷式电动冷水机组则其投资通常较冰蓄冷低20％左右，但是如计及电力增容费其二者投资也有可能持平。冰蓄能空调机房面积可做到不超过常规空调冷冻机房占用的建筑面积。可利用自控系统，将蓄存的冷量全年一对一有效利用，可做到空调全年用电量不增加，如结合大温差、超低温送风空调技术其全年用电量可得到节约。最后一项缺点，可由蓄能专业工程公司承担，采用设计、制造、安装、调试、售后服务一条龙作业。能有效克服设计与调试相对复杂的不足。

　　4.3 蓄能设备

　　4.3．1、蓄冰装置按制冰方式不同和结构形式不同可分为：

　　（1）直接蒸发制冰。 a) 金属盘管外融冰式 b) 片冰机、管冰机、板冰机等机械制冰。 c) 冰晶式

　　图2 金属盘管外融冰式（直接制冰式）

　　（2）间接蒸发制冰

　　a) 金属（蛇形）盘管内融冰式。 b) 完全冻结式：如螺旋状塑料盘管、

　　U型塑料管。 c) 容器式：如冰球、冰板、冰管等。

　　5、冰蓄能空调技术的国内外发展状况

　　5.1 冰蓄能空调技术发展历史

　　二十世纪三十年代冰蓄能空调始用于教堂，七十年代由于能源危机的爆发以及随着经济、生活水平的提高导致中央空调大量的使用加剧了电网的峰谷荷差。空调储能技术重新得到重视。美国蓄能协会预测到2010年全美空调采用蓄能技术将达到95％以上。新世纪冰蓄冷、大温差、超低温、变风量空调系统是中央空调发展的最主要方向。

　　5.2 国外发展现状

　　七十年代末蓄能技术得到了迅猛的发展，迅速派生出水蓄能、冰蓄冷、化合物蓄能技术。应用范围从工业冷却到建筑物空调、区域供冷和电厂蓄能。

　　表3是 日本国蓄冷空调的应用统计。

　　表3.不同时期蓄冷空调在日本国的应用数量统计（2003年底）

　　政府社会对蓄能技术给予有力支持如：经济电价、转移高峰电力奖励、银行贷款、政策压力。

　　5.3 冰蓄能空调国内发展现状

　　■ 九十年初代开始引进和研制，至1995年各式蓄冰系统都建有工程实例如：水蓄冷、直接蒸发式冰盘管、机械制冰、外融冰盘管、完全冻结式塑料盘管、不完全冻结式盘管、冰球、冰板式等等。

　　■ 参与研究开发与生产的产、学、研机构已达十六家之多，如中国科大、浙江大学、上海交大、清华大学、同济大学、重庆建筑大学、天津大学、东南大学、上海理工大学等著名大学；国家电力公司杭州机械设计研究院、广州能源研究所，国电公司还设有专门的蓄能空调研究中心。

　　表4.1999年底国内蓄冰空调应用状况统计

　　6、经济性分析

　　冰蓄冷空调移峰填谷的经济效益

　　全国如有300家3万平方米的商场采用蓄冰空调则相当于建设了一座30万kW的调峰电厂。其社会效益和经济效益是显而易见的。

　　1〕从电网分析：

　　火电：7000元/kW左右。30万kW调峰电厂投资约21亿。

　　抽水蓄能电站：5500 元/kW左右，30万kW调峰电厂投资约21亿。

　　蓄冰：小于2000元/kW，转移30万kW高峰负荷投资共计6亿元。

　　以上3点还未计及建设电厂占用土地、电厂管理以及对环境的污染。

　　2〕用户实例分析：广州市体育馆冰蓄冷中央空调

　　表5.广州市体育馆中央空调各方案经济性比较表

　　(蓄冰冷冻机房单位面积设备造价:221元/m2)

　　7、加速蓄能空调技术发展的几点建议

　　7.1、各国政府的支持政策

　　1〕美国： 峰谷分时电价差较大，蓄能用户享受半价或某时段全免费谷荷电价；给用户一次性奖励，每转移1kW高峰电力，电力公司给予用户200－300美元奖励。

　　2〕韩国：峰谷分时电价差较大，蓄能用户享受半价或某时段全免费谷荷电价；给用户一次性奖励，每转移1kW高峰电力，电力公司给予用户180美元奖励；政府明令占地面积大于2000平方米的饭店、医院、商业大楼等必须设置空调蓄能系统。

　　3〕日本：峰谷分时电价差较大，蓄能用户享受谷荷电价7折优惠；给用户一次性奖励，每转移1kW高峰电力，电力公司给予制造厂用户200美元奖励；政府鼓励用户采用空调蓄能系统。

　　7.2、建议我国政府及各职能部门给予以下支持

　　1 转移高峰电力奖励，如供电贴费减免、贴息贷款、租赁等；采取有效措施降低供配电设施成本；合理电价，如两部制电价、峰谷分时电价，电价差的绝对值应在0.6元/度以上；建立基金给电力营销人员、设计人员、用户及制造工厂一定的精神和物质奖励。

　　7.3、 加大宣传推广力度

　　利用新闻媒体广泛宣传，从环保、节能、有利于国家和企业；联合职能部门如建委、环保、经委制意见订相关政策影响企业、设计等单位；修改和制订标准规范用户选用蓄能系统；技术监督管理部门积极开展电力蓄能装置和设备的检测、认证和推荐工作。

　　（责编 朱东梅）