冰蓄冷技术在国家节能减排中的作用

作者:扑克王app下载官网 发布时间:2020-03-19 08:43

  及粗放型经济模式下能源消耗的高增长,能源弹性系数到底能保持多久,以及由此付出的巨大资源和环境代价还将有多大,这是我们每个人无法回避的严峻现实。中国目前经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐,节能减排任务面临严峻的形势。

  我国的电力工业作为国民经济的基础产业之一,已取得长足的进展。国家能源局预计2011年上半年将新增发电装机3000万千瓦,也即到今年六月底中国的发电装机总容量将突破10亿千瓦,居世界第一。2010年底中国发电装机容量(包括火电、核电、水电、风电)已达9.62亿千瓦,全年发电总量达42280亿千瓦时,全社会用电量41923亿千瓦时。但即使如此,电力的增长仍然满足不了每年用电量5%~7%增长的要求,全国缺电局面仍未得到根本的改变。特别是近年来城市进程的不断发展,城市建筑能耗呈现加速增长的趋势,使得电力系统峰谷差急剧增加,电网负荷率明显下降。

  众所周知,今年国内“电荒”来的比以往更早了一些,从今年三月份开始,国内浙江、湖南、重庆和贵州等省市就出现电力供应紧张、电煤储备下滑的问题。截至目前,“电荒”已席卷多数南方省份,以及华东、华北甚至西北部分省份。据相关部门预计这将是2004年以来中国所面临的最大一次“电荒”,范围和深度都是前所未有的,保守估计全国供电缺口在3000万千瓦左右,相当于两个安徽或三个重庆的发电总量,一场历史性用电困难正在考验中国的神经。

  此次“电荒”,煤炭价格上涨及其背后的煤电倒挂机制是其直接诱因,除此之外中国日益扩大的能源消耗、经济过热和“不健康的能源结构”也是加剧“电荒”的重要因素。为减轻电力不足给生产造成的巨大压力,国内缺煤省份纷纷采取拉闸限电政策,以减少生产、生活需求用电对电网的压力。可以说在目前电力紧缺、国内各省份缺煤停机“扩大化”的情况下,“电荒”对中国国内经济和人民的生活将造成严重的负面影响。

  但换一种思路来看,“电荒”在严重影响我国经济、社会生活的同时,也间接促进了高耗能产业停产或淘汰,对于调结构转方式,对于节能减排,对于各项节能新技术的推广利用都将有所推动。

  我国“十二五规划”已明确将节能减排确定为七大战略性新兴产业,并将此做为新的经济增长点,强调树立绿色、低碳发展理念,加快构建资源节约、环境友好的生产方式和消费模式,推广先进节能技术和产品,深入推进节能减排工作。

  由于电力短缺具有暂时性、季节性、时段性等特殊性,即在白天高峰时段电力供应紧张,而夜间时段,电量供应却相对宽裕。宽裕的电量若不能得到有效利用,就会造成能源的浪费(我国电力83%来自燃煤发电),大量的排放物也使环境压力进一步加大。2009年中国发电总量为3.65万亿千瓦时,按照发一度电需要0.37吨标准煤、排放30千克二氧化硫、200千克的烟尘算,那么全国一年要发电燃煤13.5亿吨,向大气排放二氧化硫5403万吨,排放二氧化碳36.47亿吨,排放烟尘2.7亿吨。

  在我国大型公共建筑每年以3-4亿平方米的速度增长,据统计,夏季城市空调的用电负荷已占到城市高峰电力总负荷的40%以上,而在夜间,绝大多数中央空调停止运行,造成电力系统发送电不均衡,夜间电力系统设备闲置,使用率低,国内电力能源使用处于严重的失衡状态。这是造成电网峰谷荷差逐步加大的最主要诱因。

  在全球环保低碳的呼声下,我们迫切需要更多更优秀的节能技术,在保证经济发展的同时,更加合理地利用能源,使高效节能技术真正作为实现节能减排国策的坚实基点。那么冰蓄冷作为电荒危机时代一项重要的移峰填谷技术,作为缓解用电供需矛盾的利器,节能手段的重要发展方向之一,在近年逐渐为社会所关注。

  冰蓄冷技术1931年诞生于美国。所谓冰蓄冷是在电力负荷很低的夜间,即用电低谷期,采用电制冷机制冰,将冷量以冰的方式储存起来;而在电力负荷较高的白天,也就是用电高峰的时期,把储存的冷量释放出来,从而满足建筑物空调负荷的需要,实现用电负荷的“移峰填谷”。通俗的说,就是利用夜间3毛多钱的电做白天1块多钱的事。最大限度实现中央空调用户能源运行费用节省。

  在欧美、日本等国,冰蓄冷技术已经比较成熟。目前在发达国家60%以上的建筑物都在使用冰蓄冷技术,如在美国该项技术已被通用40年;在北美地区新增的中央空调中,冰蓄冷空调已占80%以上的份额;日本在使用冰蓄冷系统的建筑物大约已有10万个以上;在韩国,90年代初,政府就要求3000平米以上的新建项目必须装有冰蓄冷空调系统。

  中国的冰蓄冷技术的发展起步比较晚,自上世纪90年代初开始引入和建造水蓄冷和冰蓄冷空调工程,我国至今已建成投入运行和正在施工的工程接近1000项,分布在4个直辖市和19个省份中。其中,蓄冷空调工程实绩较多的依次是北京市,江苏省,浙江省和广东省(以深圳为主)等。

  然而冰蓄冷技术的节能功效一直伴随着争议,不少人认为,冰蓄冷技术虽然是在晚上消耗电能的,但单位制冷量使用的电量是一定的,并没有节能;同时,因为是使用的低谷电,所以享受低谷电价,只是实现了“节钱”。对此,我举一个例来反驳,2008年北京空调最高电力50万千瓦,这个负荷的用电时间是7个小时。为了满足50万千瓦、7小时用电,难道需要建50万千瓦电场吗?当然不是。50万千瓦电相当于过去中等城市全市的用电量概念。通过蓄冷,不需要建50万千瓦电场了。提高现有电网的利用率,这就是节能。所以说,冰蓄冷空调的节能、社会效益以及对社会节能减碳的作用应该是毋庸置疑的。

  对此我们专门做过这样的估算,针对我国每年新增约3亿平米的商务建筑物而言,如果全面使用商用建筑蓄冰空调系统,每年可为国家节电38.4亿元,节煤319万吨,减少二氧化碳867万吨,减少二氧化硫排放11.2万吨。同时,这一技术的实施还相当于为大气减少217万辆汽车尾气的排放量,种树474万亩。在这样的数据面前,我们不能否认,冰蓄冷技术是有巨大的节能潜力的。

  虽然我国只经历不到20年的工程实践,蓄冷空调工程项目还不算太多,但已经有不少工程逐步迈进世界前列。很多已建成的水蓄冷和冰蓄冷空调工程,由于精心的设计、施工和运行,不仅保证了工程质量,达到了设计要求,而且在“移峰填谷”、节省运行费用、减少变电设备投资等方面均起到了积极作用。

  以北京市为例,北京峰谷电价实施了很多年,北京市政府也有对蓄冷项目的补贴,转移一千瓦给予500元政策性补贴。目前北京国贸中心、嘉里中心、中央人民广播电台、北京华麟科技大厦以及新兴宾馆等多家地标性建筑都已采用了这项节能新技术。像北京国贸中心采用的冰蓄冷空调工程是国内应用规模最大的,供冷面积大约为100万平方米。1999年投入使用的建筑面积为12万平方米的国贸二期冰蓄冷空调系统,制冰8小时就可以满足建筑物40小时的冷量要求。在实际应用中,由于大部分时间采用融冰供冷,不用开启主机,只开启一台融冰泵,因此机房较常规机房也安静许多,而且较常规电制冷空调系统日平均削峰填谷电量2万度,转移高峰电力负荷35%到后夜。仅采用蓄冰空调一项调荷措施,每年节约运行电费近100万元,对用户及电网的经济效益都很显著。

  中关村广场项目也配备了冰蓄冷设备。从2004年到目前,中关村广场项目运行了6年,一期有40万吨蓄冷量,现在达到50万吨,出冰槽温度1.1度,回冰槽温度7.2度。而这些数字目前在国际上都是先进的参数。

  作为国内唯一拥有自主知识产权的冰蓄冷技术服务企业,国内最早从事冰蓄冷产业生产服务企业生产商——高灵能源科技有限公司的实际工程案例也提供了有力的移峰填谷数据。

  2009年高灵能源竣工工程——浙江上虞大通购物中心项目,本系统建筑总面积约12.5万平方米,设计冷负荷13360KW。据后续跟踪数据显示,目前上虞大通工程正在良好运行阶段,经实际测算,每年将为国家电网转移高峰电力161.4万千瓦,为国家减1125.54吨电力燃煤,为环境减少1238万立方米的废气排放,具有巨大的环保效益。

  高灵ICEBANK蓄冰技术开创了灵活的桶式蓄冷方式。相比冰槽和冰球两种蓄冷方式,桶式蓄冰技术具有诸多优势:实现了标准化、工业化、规模化生产;摆放灵活、占地面积小、维护极其简便;故障率低,即使个别冰桶出现故障,系统照常运行;适合于规模化推广应用。

  从用能企业角度来讲,采用空调蓄能技术可以大幅度降低运行电费,降低经营成本。蓄能系统的用电策略是:在低电价时段制冰蓄冷,将冷量储存起来,在相对高电价时段少用或不用电,把储存的能量释放出来使用。

  以上虞大通的实际运营情况为例,项目设计的冰蓄冷中央空调系统总投资为1673.7万元,蓄冰系统年运行费234.9万元,常规空调系统总投资为1483万元,常规空调年运行费320.4万元。结合绍兴电价政策,该建筑的空调供冷期按120天来计算,冰蓄冷系统每年可比常规空调系统节省运行费用85.5万元,年运行费用节省比例为27%。比常规空调高出的投资部分在2.3年的时间里就可以全部回收。冰蓄冷系统使用寿命都在20年以上,所以20年至少可为用户节省空调费用1710万元。

  据科学测算,通过高灵ICEBANK桶式蓄冰技术的应用可为用户节省40%以上的空调运行费用;对于新建项目可减少设备初始投资,减少制冷主机及配电设备的装机容量和装机功率30%-50%;提高空调机组使用效率15%-25%;减少电厂发电设备装机容量8%-34%,提高电厂使用率为40%。

  通过以上的事实与案例我们可以很清楚的看到,采用电力需求侧管理(DSM)的冰蓄冷技术来达到移峰填谷和减少变电设备,是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效的解决途径。在节能减排成为大势所趋的今天,在呼唤绿色科技、倡导低碳生活的今天,冰蓄冷技术的推广应用具有极其重要的经济社会意义。

  目前该项技术已入选国家重点支持高新技术,并被作为《国务院能源政策白皮书》三大节能减排支撑技术之一。同时国家也陆续出台支持政策,鼓励企业使用“冰蓄冷”制冷设施。如:

  国务院六部委去年6月下发的《电力需求侧管理办法》已于今年一月起正式执行。该政策特别明确了相关主管部门的责任,鼓励低谷蓄能,在具备条件的地区实行季节电价、高可靠性电价、可中断负荷电价等制度,支持实施电力需求侧管理。同时,政策还特别提到,鼓励用户采用符合国家有关要求的高效用电设备和热泵、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。

  《国务院关于进一步加强节油节电工作的通知》中也重申,加强电力需求侧管理,各地区和电网企业要制定实施科学合理的电力错峰、避峰和有序用电方案。

  5月30日,主席在主持中共中央政治局集体学习时着重强调,加快培育发展战略性新兴产业,着力强化政策扶持,紧紧围绕加快培育发展战略性新兴产业的目标和任务,建立健全科学、合理、有效的政策保障体系,调动各方面积极性,集聚创新资源,形成发展合力。

  紧接着6月初,国务院发展研究中心环境资源研究所专门成立电力蓄能课题研究小组,对以高灵冰蓄冷为代表的电力蓄能技术科技创新企业进行跟踪与调研。该课题的实施将为以冰蓄冷为代表的电力蓄能技术获得更好的政府认知与支持奠定良好的基础。

  国家电网与南方电网近年来也相继召开多次有关蓄冷空调的技术交流会,指出继续大力推广蓄冷空调技术、充分运用价格杠杆以鼓励用户采用蓄冷空调的必要性。

  目前国家电网与南方电网也在积极探索寻求与各节能技术企业开展深入合作。比如目前二网与高灵能源等冰蓄冷引领企业已初步形成开展全方位节能合作的战略意向。

  综上,这些来自各方面的政策措施无疑为冰蓄冷技术在全国范围内的普及应用注入一支有力的强心针。且据数据统计显示,我国国内中央空调市场大概有3000亿-5000亿元的市场份额,而目前冰蓄冷空调一年的市场份额仅有15亿元左右。也就是说,200万个使用中央空调的建筑物中,蓄冷项目总计只有6000多个。由此看来未来这项技术的市场发展空间将十分广阔,我相信在未来几年内能够撬动不温不火的冰蓄冷市场,甚至直接改变其发展走势。

  每一项新兴技术的发展必然要经过无数领跑者的默默探索,每一次产业革命必然要有一批勇士义无反顾地执着。可以说冰蓄冷技术的推广,从小处讲为建筑物节约能耗,从大处讲关系到国家电力系统的稳定运行,是提高能源利用率的战略性技术。作为一项基础性蓄能技术,在某种程度上甚至关系到国家对一个产业的掌控和能源安全保障。

  随着国家对建设能源节约型社会的逐步重视,更加强调突出抓好节能用电;电力及相关政府部门进一步运用价格工具和市场杠杆,鼓励用户采用蓄冷设备,通过一系列政策倾斜和资金扶持,推进产品的市场化进程。我们有理由相信,冰蓄冷节能技术未来的发展将会更加健康长久。

  让我们将共同期待冰蓄冷技术未来的普及推广能够在国家节能减排和平衡电网用电结构中发挥更大的作用。

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