杭州华源人工环境工程有限公司 叶水泉

摘要：本文综合论述了我国电力的基本现状，以及电力用户需求侧采用储能技术进行移峰填谷的必要性。以实际工程应用证明了储能空调的优越性。并全面介绍了国内外政府相关职能部门对储能空调的支持办法，以及在国内外的应用情况。

[Abstract] Summarized the status of electrical power and the necessity of applying energy storage technique in our country. Confirmed the advantage of energy storage air conditioning
technology with actual projects. And introduced the policy to encourage energy storage air conditioning technology's application and the applications of energy storage air conditioning technology home and abroad.

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5～7％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30％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2000年电网移峰填谷达1000～1200万kW。与其相配套的优惠用电政策也相继出台，这给储能中央空调的广泛应用带来了契机。

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

热源通常有：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉以及电锅炉。

表2、制冷量为1162kW(100万kcal/h)制冷机房经济性能比较

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：

（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70％。

（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％～30％，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） 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

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) 电锅炉及其蓄热技术无污染、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、电锅炉制热时效率有可
　 能较热泵低。

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。一些典型工程的比较详表5－表7。经过近
几年工程技术界的研究开发，有些蓄能装置可以不占用有效建筑空间。如温州体育
馆、建行杭州分行办公楼、上海锦都大厦、杭州国际大厦等等，其蓄冰装置分别采
用无压混凝土槽、无压或有压钢槽（罐）等分设于绿化草皮地下、停车场地下、屋
顶等非使用建筑空间。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3. 金属盘管外融冰式（直接制冰式）

　　　　　图4. 片冰机示意图

　　　　　　　　　　　　　　　　图5. 冰晶式蓄冷

（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。

图6. 金属（蛇形）盘管内融冰蓄冰槽 　

　　　图7. 完全冻结式（螺旋管式）蓄冰槽

（3）蓄热装置

(a）、迷宫式系统 (b)、隔膜式系统 (c)、多槽式系统 (d)、自然温度分层系统

5．1　蓄能空调技术发展历史

* 三十年代始用于教堂

* 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（1995年底）

 

* 我国台湾1995年建有225家蓄冰空调系统，但1998年达600家之多。

* 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 国内发展现状

* 九十年初代开始引进和研制，至1999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。选用品牌国外产品有美国的BAC 、CALMAC、FAFCO、DUNHAM-BUSH、MaximICE、法国Cristopia等公司产品；国内知名品牌有源牌、王牌等。

* 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；生产厂家如杭州华源、浙江吉佳、北京西冷等等，有的还专门培养该专业方向硕士和博士研究生。

* 至1998年底国内蓄冰空调应用状况

表4.1998年低国内蓄冰空调应用状况统计

6.1 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

（1）温州体育馆冰蓄冷中央空调

表5 温州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)

（2）杭州市新景福百货大楼冰蓄冷中央空调

表6 杭州市新景福百货大楼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:306元/m2)

（3）建行杭州分行办公大楼冰蓄冷中央空调

表7 建行杭州分行办公大楼各方案经济性比较表(蓄冰冷冻机房单位面积设备造价:200元/M2)

#：本项目采用BAC盘管蓄冰装置，末端采用了部分大温差、超低温送风空调系统。

由表5可以看出温州体育馆采用冰蓄冷空调一次性投比常规空调只增加14％，但年运行费用却节约52.8％，同时实现平均转移高峰电负荷300KW，当采用全量融冰供冷时，高峰时段可节约电力700多kW。表6杭州景福百货大楼采用冰蓄冷空调一次性投资比常规空调也只增加3％，但年运行费用却节约57％，与老商场（3000平方米）运行电费相同，其社会效益和经济效益都非常显著。

统计已建成并投入运行的诸暨百货大楼、温州市体育馆、杭州银泰广场、上海锦都大厦、杭州景福百货新大楼等十二个工程，其总蓄冰量达到60422kW·h，这相当于每天转移了高峰用电21200 kW·h。若空调在高峰用电时段均需用8-9个小时的运行，则相当于可减少高峰电力容量2650kW，不计电厂运转费用的增加，仅考虑火力发电厂6000元/kW的建设投资，为此节约投资1590万元。而将常规空调改建成冰蓄冷空调，不考虑电力增容费的减少，也只要增加投资约400万元，若将电力增容费的减少从投资中减去，则只要增加投资100多万元左右，这远低于建设电厂的投资，此处还尚未计及电厂运转费用的增加以及对环境的污染增加。

6.2 电锅炉开拓低谷用电

1〕对电力侧 以杭州市为例现有总容量为2600T/h的生活采暖用单台容量小于2T/h的小型燃煤锅炉，按环保要求逐渐改造为燃用洁净能源，如果全市有三分之一的用户选用蓄能电锅炉，则可增加60万kW 的低谷用电负荷。全年可消费5.4亿度低谷电量。对于现有发供电企业，仅需增加少许燃料直接成本。

2〕用户实例分析杭州凤起大厦冬天的采暖面积约12000m2，其中标准间客房200套、集体浴室水龙头30只、餐厅350位、办公、娱乐、商场等。

表8：杭州凤起大厦参

其热源的配置有以下三种不同的方式即：蓄热式电锅炉、即热式电锅炉和燃油锅炉。其投资概算及经济性比较如表9所示。

表9 各方案的经济分析 单位：万元

 

说明：a.双线路供电电力增容费：900元/kVA 电机组电力增容费全免

b 配电设施费：约500元/kVA

c 电热水机组试点计算电价:高峰时段：8:00--22:00 0.772元/kwh 低谷时段：22:00---8:00 0.204元/kwh

d 杭州商业电价: 00:00--24:00 0.879元/kwh、油价：3.2元/公斤

6.3 从环保和资源优化配置的角度分析对国家经济可持续发展意义重大

1〕从能源结构看 美国86％的煤用来发电，能源终端用户以电能消耗为主；中国仅37％的煤用来发电，大量能源终端用户直接使用矿物质燃料。大量的水力资源仍在浪费之中。

2〕矿物质燃料蓄存有限 据世界能源组织统计：1997年末世界煤炭可开采期限为219年，我国是82年；石油可开采期限为41年，我国是21年；天然气可开采期限为64年，我国是52年。

3）环境污染异常严重 我国SO2排放总量中煤炭占90％以上；在烟尘排放总量中煤炭占60％－80％。根据1998年对332个大中城市的调查，大气污染超过国家正常标准的城市占43.5％,酸雨覆盖面积已占国土面积的30％以上。全世界十大污染城市中国占了七个之多。

(1) 温州体育馆

a 装机容量从410万大卡/时减少到150万大卡/时。

b 冷却速度快，半个小时内能将室内温度从常温降到空调温度。

c 一次性投资仅增加14％，但运行费每年节约53％，转移高峰电力700kW以上。

(2) 建行杭州分行办公大楼

a 装机容量从350万大卡/时〔原设计溴化锂直燃机）减少到192万大卡/时。

b 冷却速度快，供风温度7.6度,空气品质高，大温差节约能耗。

c 运行费每年节约40多万元，且使用异常灵活。

(3) 天津月坛商场电锅炉蓄热采暖系统

a 天津月坛主楼建筑面积16980m2,中央空调冬季设计热负荷为1160kW，采用315kW电锅炉两台，蓄热水槽140m3；附楼建筑面积1000m2,采用80kW电锅炉一台，蓄热水槽20m3。

b 无需专人管理,低谷电价0.20元/度,年运行电费仅7万元，一个采暖冬季每平方米运行费仅7元。

(4) 淄博实验中学电锅炉蓄热系统

a 总建筑面积70000m2分为教室、学生宿舍、教师公寓、食堂及其他公共设施,设有四台18000kW电锅炉。使用性能良好。

b 自动化程度高，根据气温变化能自动调节运行功率，无需专人管理,平均电价0.37元/度,一个采暖冬季每平方米运行费仅14.5元，较集中供热运行费还低。

c 无环境污染问题。

d 使用调节灵活。

(5) 典型工程运行测试分析结论

受当时电力部委托，自1995年至1998年，清华大学空调实验室对全国各地的多个蓄能空调系统进行了现场调查和测试，其结论如下：

1〕我国已安装的蓄冰空调工程大多运行良好，蓄能空调各项优点都得到了充分的展示，具有明显的移峰填谷功能，蓄能空调在我国是完全可用的。

2〕我国蓄能空调设备呈白花齐放态势，其中在我国应用较多的品牌有：美国的BAC钢制蛇形盘管式蓄冷槽、CALMAC园形塑料盘管式蓄冷槽、FAFCO U形塑料盘管式蓄冷槽及法国CIAT冰球式蓄冷槽。为发展民族工业，降低蓄冰装置成本，国内相当多厂家研究开发自己的蓄冷设备，并经实践证明是成功的，如西冷公司、杭州华源、浙江吉佳、清华同方等。其中杭州华源公司开发的双金属蕊心冰球在制冰、融冰速度、克服短路不占用有效建筑空间等技术性能方面优于国外冰球产品。其国内市场占有率已达到45％。

3〕我国蓄冰空调技术已接近当今国际水平。国产设备和控制系统完全可以替代进口设备。

4〕电锅炉成熟产品相对更多，如国产锅炉有：杭州华源、上海广安、上海上能等；他们有些性能可以与进口设备蓖美。尤其是蓄热技术国内也已基本成熟。

8、加速蓄能空调技术发展的几点建议

8.1、各国政府的支持政策

1〕美国

a 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。

b 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

a 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。

b 给用户一次性奖励，每转移1kW高峰电力，电力公司给予用户2000美元奖励。

c.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

a 峰谷分时电价差较大，蓄能用户享受谷荷电价7折优惠。

b 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。

c 政府鼓励用户采用空调蓄能系统。

8.2、建议我国政府及各职能部门给予以下支持

* 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。电锅炉用户平均电价应不高于0.45元/度且低谷电价不应高于0.25元/度。

* 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。

8．3、 加大宣传推广力度

* 利用新闻媒体广泛宣传，从环保、节能、有利用国家和企业。

* 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，并组

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