蓄热

开发斜温层常压储热罐本体及附属系统，包括斜温层储罐、布水系统、排水系统、安全装置和自动控制系统。依据不同温度储能介质分层原理，蓄热过程中热储能介质从上部区域进入斜温层储罐内，冷储能介质从斜温层储罐底部排出，放热过程反向运行，可节约建设和运行成本，增加用热系统调节能力。

本项目以灵活高效蓄热供暖装置及系统研发为目标，围绕蓄热材料、传热体系、蓄热装置、蓄热站监控系统开展技术攻关，完成低温相变蓄热装置、高温相变蓄热装置、高温固体蓄热装置、蓄热站监控系统的研发与应用，实现蓄热站与热网以及用户之间的高效、精细化响应，提高蓄热系统整体能效，降低用户用能成本。

通过省级智慧能源服务平台的建设，能够突破资源、时空、环境约束，人人利用清洁能源，实现新能源高效利用，构筑能源发展新格局。将提高清洁能源使用率，降低弃风弃光率，能够改善自然环境，实现生态可持续发展，促进社会和谐发展。年内充分挖掘社会可中断负荷资源，完成了占最大负荷5%的可调节负荷资源库构建，已具备74万千瓦毫秒级、秒级精准负荷控制能力，持续提高大电网安全运行水平和清洁能源消纳能力，利用市场化手段，在弃风（光、水）时段，提升冰蓄冷空调、蓄热式采暖、客户侧储能等负荷水平，促进电力供需平衡，清洁能源消纳。

根据《Renewables2023》，2022年热能是终端用能占比最高的能源消耗，热能消耗约占最终能源消耗总量的一半。当前，热能生产主要以化石能源为基础，其中只有 13%来自可再生能源。全球工业领域总共消耗的能源主要由燃烧一次能源一石油、煤炭和天然气产生，可再生能源做出的热能贡献仅占 12%。预计2023 年至 2028 年期间，全球工业部门热能需求将增长 16%。根据国际能源署的相关报告，建筑的区域供热和制冷系统仍然主要依赖化石能源(约占总供热量的90%)。2020年9月，中国提出“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”目标。实现“双碳”目标，需要大幅度压减使用化石燃料。

虚拟电厂作为提升电力系统调节能力的重要手段之一，对缓解电力紧张、提高新能源消纳能力将发挥重要作用。固体电蓄热设备是一种具有储能性质的纯阻性电力负载，由于它有着可双向互动、可中断转移、可调节、可大规模接入等技术特点，势必在虚拟电厂的建设中成为不可或缺的组成部分。

在预设的电网低谷时间段或弃风电时间段，自动控制系统接通高压开关，66 千伏高压电网为高压电发热体供电，高压电发热体将电能转换为热能同时被高温蓄热体不断吸收，当高温蓄热体的温度达到设定的上限温度或电网低谷时段结束时，自动控制系统切断高压开关，高压电网停止供电，高压电发热体停止工作，高温蓄热体与高温热交换器之间有热输出控制器，高温热交换器将高温蓄热体储存的高温热能转换为热水、热风或蒸汽等输出。

近年来，利用相变材料(phase change material，PCM)提升半导体热电发电器(thermoelectric generator，TEG)输出性能及维持TEG长效运行受到广泛关注。针对现有PCM-TEG结合方式复杂且缺乏统一认识的现状，建立了PCM-TEG耦合数学模型，对比了PCM布置在TEG热侧、冷侧及双侧时的系统性能，提出了骨架PCM设计并验证了其有效性。结果表明：骨架PCM设计通过实现TEG热管理，在一定程度上能提升器件的输出能力，并能利用自身蓄热能力有效地避免热电器件失效；骨架PCM设计优于常规无骨架PCM-TEG的系统性能；热侧PCM-TEG和双侧PCM-TEG设计能有效维持TEG的稳定运行；增强TEG冷侧换热能力，可弥补热侧PCM-TEG系统性能的不足。研究结果可以为下一步PCM-TEG应用研究提供参考。

在多能互补独立微电网关键技术研究中主要面临 3 大技术问题：①缺少适应高寒、高海拔地区低能耗的预制舱热管理系统。现有技术方案为加强物理保温，增加空调、加热器等，该方案对温度不敏感的蓄电池（铅炭、铅酸）虽能起到保温、散热作用，但加热器、空调等保温设备功率大，耗能多，而且效果差。②多能互补独立微电网系统，其电源一致性和电能平衡管控是多电源独立微电网的难点，也是独立微电网系统管控的重大技术挑战。现有技术采用超短期发电和负荷功率变化的预测，其时间长且准确率低，不能满足平抑波动的要求，影响微电网的稳定运行。转子发电系统如柴油发电机组、水力发电投入到运行独立的微电网中，缺少无缝切换成功的案例。③多能互补独立微电网运营管理平台尚处萌芽阶段，微电网整体性能监测与预警缺乏成功经验。现有的平台，不能监测系统的整体性能、预防故障，发现故障也无法及时处理，影响储能系统的性能及安全。上述技术问题阻碍我国多能互补独立微电网的建设与运营进程，亟需突破高寒高海拔多能互补独立微电网稳定运行关键技术，提升我国微电网技术水平，切实改善和保障民生、助力偏远无电地区发展。 依托国家实现能源转型的政策、精准扶贫的科技项目，项目团队产学研用协同攻关，历时 2年，突破了传统预制舱热管理技术、多电源发电一致性和电能平衡管控技术、运维远程控制等关键技术。主要创新：①研发了适应高寒高海拔地区预制舱热管理系统，优化预制舱内风道设计，提出了利用峰值发电来蓄热技术，实现了预制舱内储能电池表面温度均匀分布，提高了储能电池效率，降低了站用电率；②研制反向协同调控装置，提出了储能重叠追踪调控投切技术，实现了光伏等可再生能源平抑波动、平稳供电、多电源无缝切换的目的；③提出了基于双向指标的独立微电网运维远程管理平台。研发了一套可用于评估多能互补独立微电网及其子系统（子模块）的性能状态量化指标，实现了多能互补独立微网的整体性能监测与预警运维远程管理平台。项目荣获国家发明专利 26 项，实用新型 12 项，科技论文 38 篇，参与国家标准 5 项，行业标准 3 项，企业标准 1 项，专著 2 项，软著 5 项。项目研发的预制舱热管理系统、储能重叠追踪调控投切技术、微电网运维远程管理平台，已成功应用于我国 23 项高寒高海拔多能互补独立微电网工程，确保了数十亿投资的稳定收益，实现科研成果向生产应用的快速转化，推动我国多能互补独立微电网技术的快速健康发展，经济和社会效益显著。