蓄能技术是利用“削峰填谷”的工作原理,在电价低谷期将电能储存在电池、蓄冷水槽、蓄冰槽等储能系统中,到了用电高峰期,再通过逆变器或者换热器将储存的能量释放出来。
电蓄能技术可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态。在公共建筑供能系统中,以磷酸铁锂电池等电化学储能为主。
电蓄能系统主要由电池组(BA)、储能逆变器 (PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)等组成。
水蓄冷技术是利用水的显热进行蓄能,其主要由常规冷水机组、蓄冷水槽、蓄冷水泵、板式换热器等组成。在用电低谷期,制冷机组制备7℃左右冷冻水储存在蓄冷水槽中。
冰蓄冷技术主要是利用水的相变潜热进行蓄能,其主要由双工况冷水机组、基载冷水机组、乙二醇循环泵、蓄冰槽、板式换热器等组成。在用电低谷期,双工况冷水机组在制冰工况下运行,将在蓄冰装置中的水冷冻成冰以储存冷量。
以广州市某10万平方米商业综合体为模型。最大冷负荷约8000kW,最小冷负荷为0,供冷需求集中在用能高峰期,每天营业时间为10:00—22:00,共12小时,全年制冷天数约180天,广州执行工商电价见表1。
本文以蓄冷率30%为基础对电蓄能、水蓄冷以及冰蓄冷三种储能解决方案进行综合对比分析。
详细配置方案及投资估算见表2~5。
本文采用投资回收期来进行分析不同储能技术的项目经济性。
对三种储能技术从能源密度、响应速度、经济性等方面展开综合对比分析,具体内容请见表6。
通过表6综合对比可以发现:对于新建项目,采用电蓄能、水蓄冷、冰蓄冷三种储能技术的项目投资回收期分别为3.7年、2.6年、3.2年,三种储能技术都具有较高的经济效益。冰蓄冷与水蓄冷技术相比,冰蓄冷系统蓄冷槽体积能源密度是水蓄冷系统的6倍,占用空间更小,更加适合公共建筑寸土寸金的特性,故新建项目更加倾向于冰蓄冷技术。
电蓄能技术是另一种蓄能方式,故可以与冰蓄冷应用共存,可进一步降低公共建筑的运营成本。对于技改项目,在峰谷价差为1元/kWh,采用水蓄冷、冰蓄冷的项目投资回收期分别为4.8年、8.3年。技改项目的经济效益比新建项目差,原因是技改项目不能节省已投产的常规制冷系统费用。
根据对项目经济性影响因素由强到弱排序如下:峰谷价差、全年制冷小时数、总投资。我国地域辽阔,自然资源条件各不相同,各省峰谷价差和全年制冷小时数差异较大,而总投资差异较小。故按峰谷价差和全年制冷小时数两个维度将全国分为以下应用工况,具体内容见表7和表8。
综合考虑峰谷价差、全年制冷小时数两种因素,本文共划分16种不同工况。对投资者而言,正常投资回收期一般在5年内比较合理。故当项目投资回收期≤5年时,该项目具有经济性;否则,该项目不具有经济性。
通过表10统计分析可以看出,对于新建项目和技改项目建议如下:
1.对于新建项目,不同储能技术适合开发的省份。
电蓄能技术:广东、湖南、海南、江苏、重庆、四川、安徽、浙江、上海。其中浙江和上海虽然峰谷价差较小,但政府出台了储能补贴政策,故项目经济性较好;
水蓄冷技术:广东、湖南、海南、江苏、重庆、四川、安徽、贵州;
冰蓄冷技术:广东、湖南、海南、江苏、重庆、四川、安徽。
2.对于技改项目,不同储能技术适合开发的省份。
电蓄能技术:与新建项目一致;
水蓄冷技术:广东、湖南、海南、江苏;
冰蓄冷技术:暂无适合省份。