低谷电相变储热技术在净水厂中的应用

周楠楠，杨 旭

(1.天津泰达水业有限公司 天津300457；2.天津开发区三友新科技开发有限公司 天津300457)

0 引 言

天津开发区某净水厂总建筑面积为28231m2，其中厂房一面积为19930m2；厂房二面积为4401m2；新建营房面积为3900m2。净水厂厂房内设有自来水水池及辅助设备，为保证冬季水池内不结冻，厂房内装有采暖系统，采用市政供热系统作为热源，末端采用散热器(采暖收费单价为40元/m2)。

由于生产需求，厂房内温度需使水池不结冰，一般保持在7℃以上，供暖所需热量极少。然而市政供热是按照采暖面积进行供暖期的统一收费，在采暖期室外温度大于7℃、厂房不需要供暖时，仍需采暖交费，使得工厂付出高额的采暖费用，同时造成了大量热能的浪费。

1 低谷电相变储热技术

1.1 技术原理

谷电时间段电锅炉将一次系统水加热成高温热水(90℃)，在维持车间防冻保温采暖的同时将高温热水的热量储存到热库中，热库中的纳米无机盐由固态相变为液态储存潜热热量[1]；在峰电时间段热库中的无机盐由液态相变为固态释放储存的潜热热量给车间供暖；在平价电时间依据室外温度及锅炉出水温度判断锅炉开启台数给热库充热及车间采暖。个别极端天气采用平电补充。

1.2 技术优点

低谷电相变储热技术建设费用及运行费用显著低于市政供暖，而且具备以下优点：

①零排放，谷电应用，清洁环保；

②零风险，系统常压运行，控制相对容易，安全可靠[2]。

③自动运行，智能化设计，实时自动调整运行状态，以达到最优动态节能。

④实时监控，可通过节能系统监控平台，实时监控项目运营数据。

⑤模块化建设，可分期分批投入建设。

2 项目实施

净水厂采用的是峰、谷、平电价付费，时间分布如表1所示。

表1 峰谷平用电时间及电价明细Tab.1 Electricity time and electricity price details of peak valley electricity

考虑净水厂用电策略及运行管理等因素，本项目采用电采暖蓄热系统对两个厂房进行供暖改造，水厂办公楼和老武警宿舍依旧采用市政供暖。蓄热器采用盐蓄热设备，蓄热体积为19m3。

图1 改造后低谷电相变储热技术工艺示意图Fig.1 Schematic diagram of low-valley electric phase change heat storage technology after transformation

采暖改造工程于2017年10月8日正式启动，工程分为3部分，即铺设采暖管道、建彩钢房和安装盐蓄热设备。由于气温逐渐转凉，日间时长逐渐缩短，施工难度不断加大，在保证工程安全、质量、进度的前提下，于11月4日完成办公区域的采暖改造，12月7日实现盐蓄热设备手动运行，12月25日实现盐蓄热设备自动运行。改造后，将办公区采暖与生产区供暖进行有效分离，生产区无人值守，采暖温度要求不高，采用低谷电相变储热技术供暖，满足室内温度7℃以上标准，实现了整个水厂分区域、分时段供暖。改造后低谷电相变储热技术工艺如图1所示。

3 采用低谷电相变储热技术的经济效果

3.1 改造前市政采暖费用

由表2可知，2017年采暖收费标准改变后，净水厂冬季采暖费用大幅度增加，相比原采暖费用，每月增加17.56万元，每年增加87.8万元。

3.2 采用低谷电相变储热技术供暖后费用核算

盐蓄热设备从2017年12月7日开始上电运行，截止2018年3月21日，合计耗电1159800kW·h。其中，2017年12月7日～2017年12月25日为手动运行阶段，全天24h运行；2017年12月26日～2019年3月21日为自动运行阶段，每天按照程序设定时段自动加热。用电及费用情况如表3所示。

表2 市政新旧采暖收费标准Tab.2 Municipal old and new heating charge standard

表3 低谷电相变储热技术运行各阶段耗电及费用情况Tab.3 Electricity consumption and cost at various stages of operation of low-valley electric phase change heat storage technology

由表3可知，2017年12月7日～2018年3月21日，供暖共105d，折合3个半月，运行总费用为705658元，平均每月费用201617元。

此外，办公楼和老武警宿舍本采暖季每月市政供暖费用为31519.22元；水厂(含办公区和生产区)每月采暖费用为：201617+31519.22＝233136.22元。

3.3 低谷电相变储热技术改造前后费用对比分析

通过3.1和3.2两部分的计算，得到低谷电相变储热技术改造后运行费用与按2017年采暖收费标准运行费用对比情况如表4所示。

表4 低谷电相变储热技术投运后费用比对Tab.4 Cost comparison after commissioning of low-valley electric phase change heat storage technology

由表4可以看出，改造后每月可节省费用为43.22-3.15-20.16＝19.91万元，本采暖季节省费用为216.1-86.32＝129.78万元。而且，由于本采暖季有18d进行设备上电调试，24h加热，电耗较高，待明年平稳运行，低谷电相变储热技术每月运行费用预估还会降低。

此外，盐蓄热设备后期每年维修维护成本约5万元。

4 优化运行探索

通过近一个采暖季的运行摸索，盐蓄热设备可以通过以下方式减少耗电量，节约运行成本：

①每年11月(供暖季伊始)，根据实际气温情况和车间7℃以上供暖需求，可延迟低谷电相变储热技术开机时间。

②每年3月，随着气温的不断回升，根据实际情况可提前关闭盐蓄热设备。

③低谷电相变储热分两个时段加热，平价电时段13：00～18：00和谷电时段23：00～次日7：00。平价电时段加热按温度控制(可调整)，谷电时段加热按时间控制。可通过调整一次侧供水温度设定值，进而调整下午平价时段的加热时长储热，达到采暖和节电的目的。

5 问题总结

①盐蓄热设备晚上加热8h，不能满足全天24h供暖需要；在下午平价电时段补热5h，增加了大量运行成本。

②在设备安装调试过程中，由于设备到货时间未按预期落实，耽误了10d时间，增加了采暖管线被冻坏的风险，耗费了大量的电能。

③盐蓄热设备加热时，当温度在28～33℃会出现超压问题，通过整改基本解决，但是超压问题还是会偶尔出现，表明还没有从根本上得到控制。

④电锅炉线缆加热时，线缆转角汇聚处温度达40～50℃，通过使用双层桥架散热、三相电源线捆扎等方式进行整改，但是局部几个位置温度仍处在40～50℃范围，没有完全解决。在运行过程中存在安全隐患。