城市集中供热的跨季节储热技术应用与示范

跨季节水储热技术应用于城市供热系统的原理、意义及实践案例

跨季节水储热的原理与作用

• 原理：利用不同温度水的密度差异进行自然分层，通过热水从顶部进入、底部抽水（储热时）或热水从顶部抽出、底部进水（放热时）实现热量储存与释放。
• 作用：回收非采暖季余热，在采暖季为热网调峰，解决热源紧张问题，实现低碳经济。

城镇集中供暖面临的问题

1. 供热负荷增长：城镇建筑面积增加、极寒天气导致热负荷峰值升高。
2. 燃煤锅炉替代：河北省、山东省等地区加速淘汰燃煤锅炉，2025年底和2027年底前分别完成任务。
3. 发电调节影响：低电价时段热电厂压减锅炉负荷，降低供热能力。

跨季节储热的意义

• 供热系统的零碳调峰热源：利用非采暖季零碳热量调峰，成本低于燃气锅炉，综合成本降至44元/G。
• 应急备用热源：在极端天气或热源不足时提供备用热源。
• 配合电厂调峰：结合热电厂日内储热，保障可再生能源发电不足或过剩时的供热能力。

国内外跨季节水储热发展现状

• 国外：始于20世纪60年代，丹麦哥本哈根市郊零能房项目首次应用地下大型水罐，容积6万m³以上成本低于50€/m³。
• 国内：2010年内蒙古巴彦淖尔市建成13250m³储热水池，2013年河北经贸大学投运2万余吨蓄热工程，2018年张家口黄帝城小镇建成3000m³示范工程。

济南唐冶热源厂池式储热示范工程

• 项目介绍：首个与城市集中供热系统结合的跨季节储热示范工程，2025年2月建成，替代燃煤调峰锅炉。
  • 规模：8.12万立方米储热水库，大温差热能充放机组，设计储热温度95℃至冰浆。
  • 功能：调峰供热能力34MW（15天），应急供热能力89MW（3天）。
• 建设过程：储热水库占地约9850m²，深度16m，有效容积8.1万立方米。
• 大温差热能充放机组：可深度提取储水热量至20%含冰率的冰浆，储热密度0.46GJ/m³（常规储热水池的2倍多）。
• 运行方式：
  • 充热过程：非采暖季回收建筑空调散热、环境热等，夏季加热至35~40℃，秋季加热至95℃，采暖季利用过剩热量多次储放。
  • 放热过程：热源不足时提供最大89MW供热能力，回水温度约40℃；正常调峰时供热能力34MW，回水温度降至4℃；末期进一步降温制成冰浆。

研究结论

• 技术优势：跨季节储热经济性、低碳性优于燃气锅炉调峰，为城市供热系统低碳转型提供新路径。
• 实践验证：济南唐冶项目成功实施，储热容积、温差、密度均创世界之最，为推广应用提供示范。