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两项储热式清洁供热相关技术入选《国家重点推广的低碳技术目录》

中国炉具网    作者:清洁供热    来源:生态环境部    日期:2022-03-21 10:25:01    浏览:764
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        炉具网讯:近日,生态环境部组织编制了第四批《国家重点推广的低碳技术目录》,向社会公开征集意见。“基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术”以及“基于真空管换热储能式热泵供热技术”两项储热式清洁供热相关技术作为非化石能源类技术入选。

基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术

        《目录》(征求意见稿)列举多个典型项目案例,对两项储能式清洁供热技术的具体介绍如下:

        基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术

        一、技术名称:基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术

        二、技术类别:零碳技术

        三、所属领域及适用范围:可再生能源太阳能供热

        四、该技术应用现状及产业化情况

        近年来,为防治大气污染,我国大力推进散煤治理,以保障北方地区冬季清洁取暖为重点,多措并举、稳步推进“煤改气”“煤改电”工作,并取得了明显的大气治理效果。但由于缺乏经济可行性,因取暖成本高而导致各地“返煤”现象频发。基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术,是一种利用太阳能和热泵实现“阶梯”供热的技术,不仅可满足各类供热需求,而且借助太阳能和储能设施大幅度降低传统能源消耗,实现清洁供暖。该技术具有热利用效率高、安全系数高、稳定性和持续性强、耗能低、用电成本少等优点,并且具有较好的经济和环境效益。目前,该技术已在北京、山西、河北、内蒙等地30多个清洁供暖项目上推广应用,累计供热面积达到100万平方米,应用效果良好。

        五、技术内容

        1.技术原理

        该技术是一种以太阳能为主热源,以热泵为辅助热源,耦合储热装置,适用于各类地区供暖系统的供热技术。该技术通过高效抗冻真空聚能太阳能集热器把太阳能转换成热能并储存在储能装置内,采用智能控制、远程控制、远程诊断等物联网技术,将热能通过管网输送到用热末端,可供冬季采暖、夏季制冷、全年生活用热水。此外,该技术通过工艺技术集成和生产过程优化,降低了用电成本,综合能效比(COP)最高可达12.77,具有良好的经济和社会效益。

        2.关键技术

        (1)高效抗冻真空聚能大阳能集热器制造技术

        集热管具有吸热比高、发射比低等特点,可有效收集多种波段太阳光的热量,并能大幅度提高光热转换效率到67%以上。

        (2)高效相变储能材料应用技术

        该材料相变温度为35℃-70℃,相变潜热620kJ/L,具有良好的热传导性(617W/m.k)和稳定蓄放热性能,长期使用无衰减。

        (3)太阳能自动回流储存技术

        通过智能软件控制策略,将集热器及室外管道的热水按照时间段和温度两个维度进行自动回流到储热装置,解决了传统技术的太阳能不能储存,白天收集、夜晚散失的瓶颈问题。

        (4)多能互补系统耦合技术

        除可以采用热泵为辅助热源外,还可以因地制宜选择生物质锅炉、天然气锅炉、管道壁挂炉等作为辅助热源。

        (5)智能物联网大数据管理服务平台应用技术

        构建智能物联网大数据管理服务平台系统,包括用户侧设备本地自动化控制,远程监控监测、在线预警,能耗评估诊断系统3个子系统平台。

        3.工艺流程

        基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术工艺流程见图1。

        六、主要技术指标

        1.当太阳辐照量HLa≥17.0MJ/m²时

        室外平均温度在-30℃<ta<-15℃之间,COP≥9.0;

        室外平均温度在-15℃<ta≤15℃之间,COP≥12.0;

        2.节电率75%~90%以上(纯电供热对比);

        3.单位面积日均耗电量0.069kWh/(m².d)~0.16kWh/(m².d)。

        七、技术鉴定及获奖情况

        该技术已经获得国家发明专利4项,实用新型专利15项。2019年入选工信部《国家工业节能技术装备推荐目录(2019)》,并入选住建部《工业化建筑标准化部品与构建产品信息咨询单位(2019)》;2020年4月,通过中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定。

        八、典型用户及投资效益

        典型用户:山西省阳曲县北小店乡政府、山西阳曲县杨兴乡政府

        典型案例1

        案例名称:山西省阳曲县北小店乡政府供热改造项目

        建设规模:2100m²建筑面积供暖。建设条件:老旧建筑办公楼无外墙保温;年辐射总量每年4200M/m²以上。主要建设内容:替代0.7MW电锅炉对2100m²建筑进行供热,采暖季室内温度保持在18℃~24℃之间。主要设备:真空集热器、PLC智控远程系统(包括传感器系统)、组合式储能装置、超低温空气源热泵、应急备用电锅户、管路系统及附件、膨胀罐、散热(冷)末端、排气管口、循环及驱动泵、水流控制阀等。项目总投资115.5万元,建设期为1个月;年碳减排量270tCO₂/a,碳减排成本为210-230元/tCO₂。年经济效益28.5万元,投资回收期为2.5年。

        典型案例2

        案例名称:山西阳曲县杨兴乡供暖改造项目

        建设规模:1900m²建筑面积供暖;建设条件:老旧建筑办公楼有外墙保温;年辐射总量每年4200MJ/m²以上:主要建设内容:对1000m²的三层砖混结构政府办公楼和900m²的职工宿舍进行供暖,保证库房、卫生间温度保持14℃~16℃,其余室内温度保持在18℃左右恒温;主要设备:真空集热器、PLC智控远程系统(包括传感器系统)、组合式储能装置、超低温空气源热泵、电锅炉、管路、泵与阀等。项目总投资104.5万元,建设期为1个月。年碳减排量240tCO₂/a,碳减排成本为210~230元/tCO₂。年经济效益25.8万元,投资回收期为2.5年。

        九、推广前景和减排潜力

        预计未来5年,该技术在清洁供暖领域的推广应用比例将达到30%,总供暖面积约3000万平方米,项目总投资90亿元,可形成的年碳减排能力为190万tCO₂。

        基于真空管换热储能式热泵供热技术

        一、技术名称:基于真空管换热储能式热泵供热技术

        二、技术类别:零碳技术

        三、所属领域及适用范围:可再生能源建筑供热领域

        四、该技术应用现状及产业化情况

        近年来,我国大力推进清洁取暖工作,散煤治理取得良好的进展,但高寒偏远地区冬季取暖依然缺乏行之有效的方案。我国北方中小城镇建筑体形系数大、建筑密度低、太阳能资源较好,但传统的太阳能集热器是以水为换热介质,存在低温环境容易冻裂、泄露、锈蚀等问题,难以从根本上解决供热问题。基于真空管换热储能式热泵供热技术是一种将太阳能、储能和热泵融为一体新型供热技术,既解决了寒冷地区热泵供热难的问题,又解决了太阳能利用的周期性问题,可为北方地区分散热供热提供一套经济可行的综合解决方案。目前,该技术产品已经在四川、西藏、新疆、宁夏等地多个清洁供暖项目上推广应用,应用建筑类型包括边防哨所、站房、民用住宅、综合性办公楼以及农业大棚温室等,累计供暖面积超过1000万平方米。

        五、技术内容

        1.技术原理

        该技术集相变蓄能技术、空气式太阳能集热技术和热泵技术于一体。太阳能集热器吸收太阳辐射热,并通过其内置的高效蓄能核芯直接原位贮存,可以在晚间利用白天积蓄的热量;蓄能核芯作为热源经空气与热泵机组实现换热,由于冷/热源温差变小,能大幅提高热泵供热系数。当太阳能不足时,热泵主机引入室外空气,开启双级复叠增功功能,确保不同工况高效供暖。同时,该技术产品可在夏季作为空调进行制冷,进一步提高项目的经济性。

        2.关键技术

        (1)真空集热管尾部通风设计技术。采用太阳能真空集热管尾部通风设计,实现集热管双向导通;以相变蓄热材料代替“水”贮存热量,可直接用于加热空气介质。

        (2)高效储热材料设计技术。研发并采用了高蓄能密度、高热传导性、无毒无害环保型的相变蓄热材料,贮能密度为410MJ/m³,是水蓄热能力的5倍以上。

        (3)双级复叠机增功技术。热泵主机采用双级复叠机增功技术,可实现太阳能和热泵机组联合双驱供暖,零下35℃仍可实现较高制热系数。

        六、主要技术指标

        1.热泵机组设计出水温度最高60℃,名义工况COP大于3;

        2.真空管镀膜采用干涉膜工艺,吸收率大于90%,散射率低于6%;

        3.空晒温度≥280℃、最低运行温度-40℃;

        4.真空管真空度<5.0x10-³Pa。

        七、技术鉴定及获奖情况

        该技术已获得国家发明专利1项,实用新型6项,外观专利1项,国际PCT发明专利1项。参与编制“太阳能供热采暖工程技术”国家标准1项,参与编制中国电力企业联合会行业标准1项。2019年,该技术获得由国家建筑节能质量监督检验中心出具的性能检验报告。

        八、典型用户及投资效益

        典型用户:青海省玉树州称多县拉布寺、内蒙古通辽科左中旗花胡硕加油站等

        典型案例1

        案例名称:青海省玉树州称多县拉布寺太阳能热泵供暖系统工程

        建设规模:该项目包含活佛住所和两栋住宅楼,总建筑面积为5525.2m²。建设条件:最低温度大于-35℃。主要建设内容:将原有电锅炉替换为太阳能热泵系统。主要设备:太阳能集热器28台,热泵7台。项目总投资60万元,建设期为3个月。年碳减排量680tCO₂,碳减排成本为60-80元/tCO₂。年经济效益15万元,投资回收期约4年。

        典型案例2

        案例名称:内蒙古通辽科左中旗花胡硕加油站太阳能采暖系统工程项目

        建设规模:该项目为单层建筑,钢混结构,总建筑面积为260.1平方米,总供暖面积为231.2平方米。建设条件:最低温度大于-35℃。主要建设内容:将原有电锅炉替换为太阳能热泵系统。主要设备:太阳能集热器12台,热泵1台。项目总投资12.7万元,建设期为1个月。年碳减排量26tCO₂,碳减排成本为320~340元/tCO₂。年经济效益4万元,投资回收期约3年。

        九、推广前景和减排潜力

        预计未来5年,该技术预期推广比例将达到10%,项目总投资12亿元,可形成的年碳减排能力约80万tCO₂。

        原标题:生态环境部第四批《国家重点推广的低碳技术目录》征求意见

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