电热相变储能热水热风联供装置与系统简介
广东工业大学材料与能源研究所
一， 原理：
把电网谷期的电力，通过电热元件将电能转变为热（冷）能后，利用盛张在储能换热器内的相变材料，使其在相变时吸收大量的潜热并保持温度恒定不变而储存起来，待需要时再把热（冷）能释放出来产生热水和热风供用户采暖、热水供应和工业干燥用。
工作原理示意图如下：
电源线 相变材料、电热元件、 流体通道
50-95℃热水或
50-450℃热风出口
泵与风机 保温层 常温冷水或 冷风进口
电热相变储能热水热风联供装置与系统原理示意图
相变蓄热装置的关键技术包括高蓄能密度、长期性能稳定和性价比良好的相变储能材料和效率高、体积小、寿命长和成本适宜的储能换热装置。
二， 相变储能材料和装置性能
1， 材料和装置性能：
所研制和使用的相变储能材料，其储能密度可以高达2500MJ/m3以上，无毒、无刺激；经长期热循环10年内其储热性能的衰减小于20% ，利用这种新型相变材料开发的装置和系统，热效率可达90～97，没有任何环境污染，使用寿命可达10年以上。
装置的先进性还在于它的体积小，仅为电热热水蓄能装置体积的10-15%左右，为寸土寸金的城市节省大量的土地投资。而成本却小于或与电热热水蓄能装置相当。 2，用途和回收期
装置可产生100℃以下的常压热水和50～400℃的常压热风，可以热水热风独供，也可以热水热风联供。适于应用在已实行峰谷电价政策的地区，用于采暖、生活和工业干燥。对已经实现峰谷电价的企事业单位，应用电热相变储能热水热风联供装置（锅炉）和系统，可取得相当明显的经济效益，设备投资的净回收期仅为 1.0～2.5 年。 3，技术成熟性
这种新型相变材料和电热相变储能热水热风联供装置和系统技术是成熟的，从实验室到小试和中试，已经研究试验有15年以上的时间，实验室和小试成果已获中国科学院科技进步二等奖，工程性中试成果又于2002年11月通过由广东省科技厅主持，由中国科技大学、华南理工大学和中国科学院工程热物理研究所的三位工程院院士担任正副主任的鉴定委员会的鉴定，达到国际先进水平。2007年中试成果又获广东省自然科学二等奖。
直至目前（2011年4月），21kW 的电热相变储能热水热风联供系统和7.6 kW的电热相变储能系统已安全可靠（非连续）运行了8年。 4，几种应用形式
·电热常压相变蓄能装置，可以利用下夜8小时的电力加热装置内的高储能密度元件，之后便可以全天供应所需的热水、热空气和开水。其容量可以根据需要设计和制造，对于只考虑供应热水的100～200 kWh容量的电热蓄能锅炉可以：
供应温升为４０℃热水２～４吨，另100～200公斤开水；
热效率为 90以上％；可供60～120床位的中小招待所旅馆和企事业单位用，以代替现有使用峰期电力功率为３ｋＷ的电热水器；两相比较，设备成本不增加，但按谷期电费计，投资回收期小于1.5年。
·可发展单户家用采暖和供热水系统。
·可用于大型蓄能热水和热风供暖和热水供应，功率为60、120、500、1200、2000，5000kＷ…的装置和系统，如下是由广东工业大学材料与能源研究所开发的1400和300ｋＷ的电热储能热水热风供暖装置（锅炉）的技术指标：
表1 1400kW 电热储能热水热风供暖装置技术指标比较* 电热热水蓄能供暖装置（全蓄热） 电热相变蓄能供暖装置全蓄热） 国内企业产品 供暖热指标 W/ m2 广东工业大学（相变）产品 70 6550 1400 11004 50m以下 50吨 96.5% 102万元 参考数据 370 6550 1400 11004 450m（含蓄热水罐） 400吨（含蓄热水罐） 95～98% 121万元 样本数据** 3供暖建筑面积 m 加热功率 kW 日供暖总热量kWh 体积，米3 2总重量，公斤 热效率% 投资 ￥ 备注 2
表-1 300kW 电热储能热水热风供暖装置技术指标比较*
电热热水蓄能供暖装置（全蓄热） 电热相变蓄能供暖装置（全蓄热） 国内各企业产品 供暖建筑面积 m2 广东工业大学（相变）产品 1100 70 297 6.8m以下 9吨 95～98% 38万元 参考数据 31100 70 297 38m（含蓄热水罐） 40吨（含蓄热水罐） 95～98% 50万元 样本数据 3供暖热指标 W/m 加热功率 kW 体积，米3 2总重量，公斤 系统效率% 投资 ￥ 备注 * 以上两种不同容量装置24小时的供暖面积的大小取决于供暖热指标的选择，1100m2 是取北京地区70W/ m2 而决定的，但实际上北京的宾馆取50W/m2 也就很足够了，按此计算，供暖面积就变成9170和1540m2 ；另外相变装置还包括生活热水供应。
电热相变储能热水热风联供装置（锅炉）和系统照片
电热相变储能热水热风联供装置（常压锅炉）和系统
电热相变储能热风和热水热风联供两套系统 装置和系统的供热和计算机监控设备
经济效益和市场前景
3
电力是清洁而方便的能源，较高的电价是制约用户广泛使用的主要因素，但是，从国家电力系
统的利益来说，严重的峰谷负荷差必须调整，否则不仅影响整个系统的效率，也必然增加电力建设的投资，比之建设蓄能电站来，在用户侧量大面广地采用蓄能装置和产品是最为经济的，人们把这称为无须工程投资的蓄能电站。在这方面，电热相变储能供热装置与电热蓄水储能供热装置是电热蓄能两种主要应用形式，相变蓄能明显优于蓄水储能，但前者一直没有成熟的相变材料和相变储能技术可以实行大规模的工程应用，因此，本成果的重要意义就在于提供了这种材料和技术。
环境保护和国家出台的全国性峰谷电价政策，为本成果提供了巨大的市场和经济效益。每年国家电力公司要把1000多万千瓦高峰负荷转到低谷，所以，在北京、武汉、成都…等大片地区谷期电价仅为峰期电价的25%，广东为35％。仅北京为2008年奥运会采用清洁能源，预计未来几年在这方面的投资每年将有100亿元人民币，四环线以内有8000台燃煤锅炉需要改造，去年只改造了900台，目前，北京供电局每年下达的电采暖指标是每年300万平方米，如果采用蓄能产品，可调电力负荷30万千瓦，如果为增加电力供应而投资电厂或修建蓄能电站，就将增加投资30－50亿元人民币。估计北京到2005年将有60万千瓦需用蓄能产品来调节。此外北京电采暖面积2015年将达到5000万平方米；“三北”地区的采暖市场每年有180亿元人民币左右，如果按50％热化率计算，电采暖的目标市场每年将达9000万平方米，约90亿元人民币。本成果是应运而生，2003～2004年，在北京每年平均推广按30万m计，则年产值可达1亿元以上，毛利约5000万元；3～5年后，产值将达到4～5亿元以上，为国家节省电力投资50～70亿元，加上其它地区的采暖市场，其经济效益将更为明显。
本装置不仅改变了相变储能技术目前在工程上难于成熟应用的状况，具有较大的科学意义，而且是利国，为环保和大力推行峰谷电价政策有了先进的技术；利民，群众可以真正使用上廉价的谷期清洁电力。
2
应用的范围和条件
本装置适于应用在已实行峰谷电价政策的地区，用于采暖、生活和工业；由于它体积小，技术先进，必将逐步代替目前应用的电热蓄热水装置。因为峰谷电价政策必将在全国实行，又加上使用清洁能源的环保要求，所以，推广应用本成果的前景十分光明。
广东工业大学材料与能源研究所开发的不同容量和系列的产品
HX—RF系列电热相变储能热风装置性能参数表
4
参数 型号 输 入 电 量 kWh 热效率 % 供热量 kWh 供热kW 进风 ℃ 出 风 温 度 ℃ 输 入 功 率 kW 输入电 压 V 装置体 积 m3 供热面 积 m2 功 率 温 度 RF300 RF400 RF500 RF750 RF1000 RF1250 RF1500 RF1750 RF2000 RF2250 RF2500 RF2750 RF3000 RF3250 RF3500 RF3750 RF4000 RF4250 RF4500 RF4750 RF5000 RF5500 RF6000 RF6500 RF7000 RF7500 RF8000 RF8500 RF9000 RF9500 300 400 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 91.5 92.5 93.6 94.8 95.4 95.7 96.1 96.3 96.6 96.8 96.9 97.0 97.1 97.2 97.4 97.5 97.5 97.6 97.6 97.6 97.7 97.7 97.8 97.8 97.9 97.9 98.0 98.0 98.1 98.1 98.2 98.3 98.4 274.5 370 468 711 954 1196 1442 1685 1932 2178 2423 2668 2913 3159 3409 3656 3900 4148 4392 4636 4885 5374 5868 6357 6853 7342 7840 8330 8829 9320 9820 10813 11808 11.4 15.4 19.5 29.6 39.8 49.8 60.0 70.0 80.5 90.8 101 111 121 132 142 152 163 173 183 193 204 224 245 265 286 306 327 347 368 388 409 450 492 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 200~450 12.5*3 16.7*3 20.8*3 31.3*3 41.7*3 52.1*3 62.5*3 72.9*3 83.3*3 93.8*3 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 2.85 3.36 3.84 4.92 5.93 6.89 7.79 8.67 9.52 163 220 278 423 567 712 858 1003 1150 10.36 1296 11.17 1441 11.97 1587 12.76 1733 13.54 1880 14.3 2029 15.06 2176 15.81 2321 16.55 2469 17.28 2614 18.01 2759 18.72 2907 20.15 3198 21.56 3492 22.95 3783 24.34 4079 25.7 4370 27.05 4666 28.38 4958 29.72 5255 31.03 5547 32.34 5845 34.92 6436 37.49 7028 104.2*3 380 114.6*3 380 125*3 380 135.4*3 380 145.8*3 380 156.3*3 380 166.7*3 380 177.1*3 380 187.5*3 380 197.9*3 380 208.3*3 380 229.2*3 380 250*3 380 270.8*3 380 291.7*3 380 312.5*3 380 333.3*3 380 354.2*3 380 375*3 380 395.8*3 380 416.7*3 380 458.3*3 380 500*3 380 RF10000 10000 RF11000 11000 RF12000 12000 1.该装置采取全蓄热方式运行，即蓄热时间为8小时，供热时间为24小时（含8小时直接供热时间）； 2.供热功率为按24小时计平均功率；
3.输入功率为按8小时计功率；4.供热面积为按70W/ m2、24小时供热计（实际上只要30－50W/m2,这样，可供暖面积就可增大1－1.5倍）。
HX—RS系列电热相变储能热水装置性能参数表
5
电热相变储能热水热风联供装置介绍及图片(ZGQ)
