徐嘉一，李占新

（陕西省节能中心，西安 710003）

储能式电采暖技术的工作原理是，利用夜间低谷电将电能以热能的形式储存在储能设备中，在白天或电力峰期提取释放出来。储能式电采暖技术的应用既可实现对电网的削峰填谷，利用弃风弃光电量，提高电网整体能源利用率，又可调整城市能源结构，改善环境[1]。

1 我国储能式电采暖技术和产品现状

目前，国内市场上储能式电采暖技术产品主要有储能式电暖器、储能式电锅炉。

1.1 储能式电暖器

利用电力公司提供的夜间低谷电价，将耐高温的电发热元件通电发热，加热特制的蓄热砖，最高可达750℃左右，再用耐高温、低导热的保温材料保存储存的热量，按照需要调节释放速度，慢慢地将储存的热量释放出来。典型的运行方式为：夜间储热6～8 h， 24 h 供暖。

1.2 储能式电锅炉

储能式电锅炉又被称为自储能电锅炉和蓄热式电锅炉，可广泛用于民用和工业：可作为热源，满足面积50 m2以上的各类建筑物供暖、供热水需求；可配套供热站、热电站使用，或根据需要设立低谷电储热供热站，定制分布式热源系统；可以作为风力、光伏等间歇式能源发电机组的储能设备和辅助设备，将电能转换成热能存储到高温固体储热装置或热水池里，为用户供热；可以和水蓄冷机组、冰蓄冷机组、中央空调系统结合，完成整栋建筑供暖与制冷系统的配套，形成新型楼宇冷热源系统。

1.2.1 水蓄热电采暖设备

水蓄热电采暖设备以水为储热介质，使热能以热水形式储存在水箱中，储能容量由储水箱的容积决定。其分为常压和带压两种。由于水的储能密度较小，大容量储能需要较大体积的水箱，造成系统占地面较大，其更适合应用于地价便宜的中小城镇集中供暖系统中。这种方式原理简单、清洁、投资费用低，系统稳定，但系统热效率较低，一般在80%～85%。水的温度发生连续变化，若不采用自控技术难以实现稳定的温度控制。

1.2.2 固体蓄热电采暖设备

固体蓄热电采暖设备以固体蓄热材料（如氧化镁铁砖）为储热介质，利用夜间低谷电，通过加热电发热元件将固体蓄热材料加热，使热能以显热的形式储存在固体蓄热材料中，再通过热风或高温水将热量传递出来，将热量在非低谷电时段或者全天24 h 按需要释放。其储热温度高，最高可加热到750℃，占地面积小，蓄热量大，输出功率稳定和温度恒定，蓄热率可以超过85%，但部分电加热原件寿命较短。

1.2.3 相变材料蓄热电采暖设备

相变材料蓄热电采暖设备以固液相变材料（如水合无机盐、无机盐及其共融混合物）为储热介质，利用“固、液”变化吸收或释放的相变热进行蓄热。谷电时段，电锅炉工作加热循环水，通过循环泵把热水中的热量带入储热设备，为其充热。如果夜间末端需要供热，直接运行二次侧，所需热量由电锅炉直接提供。非谷电时段，循环泵工作，带出储热设备中的热量，通过板换把热量换到二次侧，为末端供暖。这种方式蓄热密度高，储热量大，装置体积小，蓄热率可达95%，但初投资较高，需考虑腐蚀、老化等问题，其更适合应用于办公大楼、商业大厦及宾馆酒店的供暖系统。

储能式电采暖供暖系统包括供热端和用热端，通过板换实现两端换热。供热端（一次侧）主要包括电锅炉、储能设备、循环泵（一次泵）等，用热端（二次侧）主要包括二次泵、用热末端（暖气片、地暖），或与热泵、风机盘管结合使用。

几种储能式电锅炉供暖系统性能比较如表1所示，由此可以得出以下结论：相变储热技术的供热温度、储热容量、储热密度都较高，但初投资和运行成本较高；固体储热和水储热技术成熟简单，相比相变储热，初投资较低，可以根据具体地址条件、资源情况进行合理选择。

表1 储能式电锅炉供暖系统性能比较

2 应用实例与分析

本文列举几个储能式电锅炉作为集中供热补充方式的典型案例。

2.1 水蓄热电采暖案例

新疆某镇政府，项目总面积12 000 m2，包括政府、派出所、幼儿园、医院，原采用燃煤锅炉采暖。该项目采用5 台200 kW 电锅炉配243 m3蓄热水箱（9m×9 m×3 m），系统整体由PLC 控制，不需要人工值守。设计采暖室温16～18℃，主供暖时间10:00-20:00，辅助供暖时间20:00 至次日10:00，建筑物内低负荷保温供暖。23:00 至次日9:00 低谷电时段，锅炉边用蓄热水箱蓄热，边向建筑进行低负荷供暖，其他时段锅炉不需电加热，由蓄热水箱向建筑供暖。投资成本为120 元/m2，采暖期180 d，2017年冬季运行至今，运行费用13～16 元/m2。其中，集中式电供暖电价为：平段在0.18 元/（kW·h），谷段（23:00至次日9:00，14:00-16:00）在0.09 元/（kW·h）。

2.2 固体蓄热电采暖案例

吉林省长春市某公司，建筑面积8 000 m2，采用两台200 kW 全自动常压固体蓄热电锅炉供暖（每台蓄热锅炉可蓄热720 MJ/h），设计采暖室温18±2℃，蓄热固体模块温度在700℃左右，最低回水温度30℃。主供暖时间8:00-18:00（供暖指标 40 W/（m2·h）），辅助供暖时间18:00 至次日8:00（供暖指标8 W/（m2·h）），建筑物内低负荷保温供暖。21:00 至次日7:00 低谷电时段，锅炉边用蓄热模块蓄热，边向建筑进行低负荷供暖，其他时段锅炉不需电加热，由蓄热装置向建筑供暖。投资成本为150 元/m2，采暖天数168 d，采暖期运行费用为17～20 元/m2（10 kV 及以上谷电（21:00至次日7:00），电价为0.28元/（kW·h）， 长春非居民供暖为31 元/m2）。

2.3 相变材料蓄热电采暖案例

天津某商场写字楼项目，由于燃气供暖无法通过环评、市政初始投资大等原因，综合评价后采用相变储能供暖系统。写字楼建筑面积约6.4 万m2，供暖面积8.75 万m2，供暖时间121 d（11月15日至次年3月15日），投资成本105 元/m2，使用热库105 台（储能量650 MJ/台），3 000 kW 电锅炉3 台，谷电时段（23:00 至次日7:00）维持空间防冻保温供暖的同时对热库充热，供暖时间8:00-17.00，其余时间防冻运行，个别几段天气采用平电补充。项目从2015年11月运行至今，运行成本11～16 元/m2，市政供暖与相变储能供暖系统运行费用对比如图1所示（天津非民用供暖40 元/m2，谷电电价0.468 3 元/（kW·h）。每年，相变储能供暖运行费用比市政供暖运行费用节省60%～70%。

图1 天津某商场写字楼项目市政供暖与相变储能 供暖系统运行费用对比

通过以上案例可以看到，储能式电采暖技术在供暖用煤锅炉替代、市政管网无法到达、燃气安装受限、城中村供暖改造等情况下，作为热电联产集中供热和大型锅炉房集中供热的有效补充方式，适用于办公楼、商场、写字楼、综合体、居民住宅、医院、学校和工厂等场所。

3 结语

储能式电采暖技术是一种分布式供暖技术，可以对一个单体建筑、一个工厂或一个小区进行独立实施，对基础设施依赖小，无需市政和天然气管网。储能式电采暖是没有任何污染的清洁采暖方式，但从用能的角度讲，用电采暖是不经济的，因为电是二次能源，已经经过一次转换，再将电能转换为热能，再次发生转换损失，用能效率下降。因此，在使用储能式电采暖技术作为热电联产集中供热方式和大型锅炉房集中供热方式的有效补充方式时，应综合考虑经济性、环保、当地电价政策、补贴政策等因素，根据具体地址条件、资源情况进行合理选择[2-3]。