电蓄冷技术及其实践应用探究

引言

随着我国经济的快速发展,二三线城市规模在不断扩大,用电结构也在改变,使得城市以及地区电网昼夜电力负荷差值越来越大。空调系统是用电大户,目前在我国的大中城市,空调的用电负荷已达电网总负荷的30%以上,而空调用电与电网峰谷基本同步,这就使得电力负荷的峰谷差进一步增大,影响了电网的安全和经济运行。所以,使用电蓄冷技术对电网"削峰填谷"起着至关重要的作用。

1电蓄冷技术简介

1.1政策背景

2011年,由国家发改委、工信部、财政部、国资委、电监会、国家能源局等六部门共同制定的《电力需求侧管理办法》正式实施,其中第十六条规定:"鼓励用户采用符合国家有关要求的高效用电设备和变频、热泵、电蓄冷、电蓄热等技术,合理配置无功补偿装置,加强无功管理,优化用电方式,配合政府主管部门和电网企业开展电力需求侧管理。"

2014年,国家电网开始大力实施"电能替代"战略,计划在城市集中供暖、商业、工农业生产等领域推广热泵、电采暖、电锅炉、电蓄冷(热）等各类电能替代技术。

1.2电蓄冷的技术优势

电蓄冷系统是通过蓄能来节约空调系统运行费用的技术,它的工作原理是:在电价低谷时段,利用空调进行制冷,利用电蓄冷技术的显热或其相变过程的潜热迁移等特性,将部分或全部能量以接近冰点的状态存储起来,再根据空调不同时间的负荷需求,将这些冷气转换成电能或者其他能量,这样在用电电价高峰时,就可以少开空调主机或者不开。

大用户使用空调的时间与不使用空调的时间原本是和电网高峰和低谷时间同步的,而利用电蓄冷原理,就可以把电网高峰时间大用户使用空调的用电量转移到电价低谷时段。所以,电蓄冷系统的主要特点是:转换空调设备的运行时间。这样,一方面可以得到夜间低谷电价的优惠,另一方面也减少了大用户在白天用电高峰时的电负荷,降低了负荷压力,达到了"削峰填谷"、节约空调运行费用的目的。

蓄冷中央空调正是使用了电蓄冷技术,其从系统构成上来说只是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冷装置,其他各部分在结构上与常规空调并无不同,它在使用范围方面也与常规空调基本一致。

从最近几年的数据分析可以发现,空调使用高峰时用电量能达到整个城市用电负荷的30%～40%,这样就加大了电网的峰谷用电差。电蓄冷中央空调能得到大工业制造用户的重视和应用,正是因为它在日常用电上能"削峰填谷",是电力需求侧最有效的电能存储方法。

电蓄冷对于大工业用户还有以下一些突出优点:(1）节省电力设备费用与用电困扰:(2）蓄冷空调效率高,具有节能效果:(3）节省冷水设备费用:(4）除湿效果良好:(5）断电时利用一般功率发电机仍可保持室内空调运行:(6）可快速达到冷却效果。

1.3电蓄冷的电价优势

根据广东省发展改革委文件《关于蓄冷电价有关问题的通知》(粤发改价格函(2017)5073号）可知,峰平谷电价比价为1.65:1:0.25,江门蓬海新鹤地区谷期蓄冷电价为0.183元/kwh,台开恩地区谷期蓄冷电价为0.161元/kwh。

相比同地区的大工业1～10kV峰电价1.007元/kwh,平电价0.6104元/kwh,谷电价0.3052元/kwh,谷期蓄冷电价有明显的优势。

2电蓄冷技术在江门地区的应用

电蓄冷是利用夜间低谷时间的负荷电力制冷并根据需要储存起来,而白天通过放冷方式将夜间低谷时存储的冷量转换成电能或者其他能量,以减少电网高峰时段用电负荷及大工业空调系统装机容量。江门地区的一间计算机设备公司在2019年初进行了电蓄冷改造,即"空调机房冰蓄冷改造项目"。

在冰蓄冷改造前,改造方根据公司厂房提供的2017年度空调用电报告进行了系统分析和测量,原空调系统共有5台主机,由于主机使用年限过长导致的制冷能力衰减、机房原设计变频二次冷冻泵未能正常运行等问题,当时机房的综合能效很低。测试计算得到的主机COP(当天制冷工况下的C0P）为3.91,相比主机原COP(5.56）衰减了约30%。按2018年主机运行工况计算,得到常规空调能耗及运行费用如表1所示。

通过与用户沟通协商,用户认可空调年负荷为173万RT,空调年用电量为220万kwh,空调年电费约158万元,折合为0.913元/RT。

改造使用的电蓄冷系统,包括500RT双工况主机、2660RT金属盘管蓄冰槽、板式换热器、相关附属设备及自控设备。按改造后主机运行工况计算,得到电蓄冷空调能耗及运行费用如表2所示。

同时再通过系统优化,如增加变频、取消一次泵、增加自控系统等,可增加节能量约21万元/年。其中,取消一次泵(55kw）,全年合计减少用电13.52万kwh,运行费用预计减少9万元:二次泵增加变频(90kw）,全年合计减少用电8.8万kwh,运行费用预计减少6万元:增加自控系统对系统运行策略进行优化,可节约年运行费用约5%,即6万元。项目建成后蓄冷削峰率达60%,用冷成本约为0.584元/RT。

根据以上计算,改造约为客户每年节约成本150多万元。

3电蓄冷技术推广的意义

从宏观角度来讲,采用电蓄冷空调系统充分利用了夜间低谷电,平衡了电网峰谷负荷差,提高了电厂发电效率,可以减少电厂建设,减少温室气体排放,具有非常好的经济效益、社会效益和环境效益。

从微观角度来讲,采用电蓄冷空调利用夜间低谷电为建筑提供冷量,降低了用户的空调运行费用,可减少用户空调主机及空调用电容量配置约35%:在部分负荷情况下及过渡季节,可以为建筑融冰定量供冷,少开甚至无需开主机,主机运行时都在高效区,不会出现主机大马拉小车的现象:可以提供5℃低温供冷,除湿能力强,提高了空调的舒适性:制冷速度快,上班前提前开机时间短:具备应急冷源功能,如遇突然断电,开启备用电源为水泵提供动力即可为建筑提供冷量。

4结语

电蓄冷技术是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中,白天融冰将所储存冷量释放出来,减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量,它代表着当今世界中央空调的发展方向。电蓄冷项目有大型化的发展趋势,其必将在区域供冷的实践应用中越来越多地得到推广。