在能源转型和电力市场化改革的大背景下,工商业用户侧储能的重要性日益凸显。储能技术不仅能帮助企业降低用电成本,还能提升电力供应的稳定性和可靠性。本文将深入探讨工商业用户侧常用的储能方式,特别是电化学储能和热储能,并着重分析相变储能这一新型热储能方式相较于传统冷热储能的独特优势。
电化学储能
优势
响应速度快:电化学储能系统能在毫秒级内响应电力需求变化,快速调节功率输出,有效应对电网的瞬时波动,为工商业用户提供稳定的电力支持。
能量密度高:例如锂离子电池,其能量密度相对较高,占用空间小,适合空间有限的工商业场所安装,便于灵活布局。
灵活性强:可根据实际需求灵活配置储能容量,无论是小型企业还是大型工厂,都能找到合适的解决方案,并且可以方便地进行扩容或调整。
劣势
成本较高:电池的购置成本、维护成本以及更换成本都相对较高,对于一些资金紧张的企业来说,初期投资压力较大。
使用寿命有限:随着充放电次数的增加,电池的性能会逐渐衰退,一般需要定期更换电池,这也增加了长期使用成本。
安全隐患:部分电池如铅酸电池存在漏液风险,而锂离子电池在过热、过充等情况下可能会发生燃烧甚至爆炸,对企业的安全生产构成潜在威胁。
热储能
优势
技术成熟:传统的显热储能技术已经广泛应用,如热水储能等,其原理简单,设备可靠性高,企业容易掌握和维护。
成本较低:相较于电化学储能,热储能设备的初始投资成本较低,尤其是利用常见的储热材料(如水、砂石等)时,成本优势更为明显。
储能容量大:通过增大储热容器的体积,可以轻松实现大规模的热能存储,满足大型工商业用户的高能量需求。
劣势
能量密度低:显热储能主要依靠物质温度变化来储存能量,能量密度相对较低,需要较大的储存空间,对于空间紧张的企业不太友好。
储能效率有限:在热能存储和释放过程中,容易受到环境温度影响,存在较大的热量散失,导致储能效率不高。
响应速度慢:储热和放热过程需要一定时间来实现温度变化,难以快速响应电力需求的瞬间变化。
相变储能:新型热储能技术
相变储能是利用物质在相变过程中吸收或释放大量潜热来实现能量存储的技术。在中央空调蓄冷和热泵蓄热领域,相变储能展现出传统冷热储能无法比拟的优点,并且在实际应用中取得了良好的效果。
高能量密度
相变储能依靠物质相变时的潜热储存能量,能量密度远高于传统显热储能方式。以水为例,水在 0℃结冰时释放的潜热约为 334kJ/kg,而其在 1℃温差下的显热变化仅约 4.2kJ/kg。这意味着在相同的储能容量下,相变储能设备的体积可以大幅减小,更适合空间有限的工商业场所。
例如,某位于一线城市核心商圈的大型购物中心,建筑面积达 10 万平方米,空间寸土寸金。在其中央空调系统改造中采用了相变储能技术,选用了新型的复合高分子相变蓄冷材料。改造前,使用传统显热蓄冷设备需要占据一个较大的地下机房空间,且蓄冷量有限。而采用相变储能后,不仅机房面积缩小了约三分之一,还满足了整个购物中心在用电高峰时段的冷量需求,极大地节省了空间资源。
恒温特性
相变过程中,物质在特定温度下吸收或释放热量,能够维持储能介质温度基本恒定。在中央空调蓄冷系统中,传统显热蓄冷随着冷量的释放,冷水温度会逐渐升高,导致制冷效率下降。而相变蓄冷材料在释冷过程中可保持低温恒定,确保空调系统始终处于高效运行状态,提高制冷效果和舒适度。
在某高档写字楼项目中,应用了相变储能式中央空调系统。在夏季用电高峰时段,当市电供应紧张时,启动相变蓄冷装置。整个供冷过程中,相变材料始终维持在设定的低温状态,使得写字楼内的温度始终保持在 24 - 26℃的舒适区间,室内温度波动极小,员工们明显感受到了更稳定、舒适的办公环境,同时也减少了因温度波动导致的空调设备频繁启停,延长了设备使用寿命。
储能效率高
由于相变储能过程中温度波动小,减少了与环境的温差传热损失,储能效率得到显著提高。同时,相变材料的热稳定性好,多次相变循环后性能衰退不明显,保证了长期稳定的储能效率。
一家大型食品加工企业,在其生产车间的制冷系统中引入了相变储能技术。该企业原本采用传统的冰蓄冷系统,在使用过程中发现,冰在融化过程中温度变化较大,导致制冷系统的能效比不高,且随着时间推移,蓄冷效果逐渐变差。采用相变储能技术后,相变材料在充冷和释冷过程中保持相对稳定的温度,使得制冷系统的能效比提高了约 20%,每年节省了大量的电费支出,并且在连续多年的使用中,相变储能系统的性能依旧稳定。
应用灵活性
相变储能材料种类丰富,可以根据不同的应用场景和温度需求进行选择。例如,在低温热泵蓄热中,可选用熔点在 30 - 60℃的有机相变材料;在高温工业余热回收中,则可采用熔点较高的无机盐类相变材料,拓宽了热储能的应用范围。
某北方的农产品烘干企业,冬季需要大量的热量来烘干农产品。该企业采用了相变储能式热泵系统,选用了熔点为 45℃左右的有机相变材料。在夜间低谷电价时段,热泵将电能转化为热能,储存在相变材料中。白天生产时,相变材料释放热量用于农产品烘干。这种方式不仅充分利用了低谷电价,降低了生产成本,而且相变材料的灵活选择使得该系统能够很好地适应农产品烘干所需的温度条件,提高了烘干效率和产品质量。
结论
工商业用户侧储能方式各有优劣,电化学储能响应速度快、能量密度高,但成本和安全问题有待解决;传统热储能技术成熟、成本低,但能量密度和储能效率受限。相变储能作为新型热储能方式,凭借其高能量密度、恒温特性、高储能效率和应用灵活性等优势,在中央空调蓄冷和热泵蓄热等领域展现出巨大潜力,有望成为未来工商业用户侧热储能的重要发展方向。企业在选择储能方式时,应综合考虑自身的用电需求、场地条件、成本预算等因素,选择最适合的储能技术,实现能源的高效利用和经济效益的最大化。