动态冰浆蓄冰储能技术经济分析报告书

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1、“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书动态冰浆蓄冰储能技术经济分析报告书 “ i slurry ”系统第一篇：动态冰浆蓄冰储能技术产生的背景1.1蓄冰储能技术的作为终端节能的重大意义1.1.1电力需求与昼夜峰谷电力巨差之间的矛盾随着我国经济的快速发展，电力需求也迅速增大。虽然在过去2O年内每年均有10000(KW.h) 的大中型发电机组投运，电力供需之间仍存在着很大的缺口。此外，电力峰谷差却日渐拉大，导致发电机组没有被合理利用，早在2000年时，我国昼夜的电力峰谷差已经达到5 103 ( 万 KW)【 1】 。上海市早在 2001时最大用电峰值1050万 (KW)，最大峰谷差已经

2、达到500( 万 KW)【2】。电力需求与昼夜峰谷电力巨差之间的矛盾产生根源有很多，但在民用领域，占据建筑物能耗 40%60%的空调设备责无旁贷。城市电力电网不仅要满足平时正常的用电，还需要满足高温时候，制冷机组的耗电。特别是在夏季，外界温度越高，冷负荷越大，制冷量越大，必然要消耗更多的电能。所以昼夜峰谷电力差就逐渐越拉越大。1.1.2电力需求与昼夜峰谷电力巨差之间的矛盾的解决办法对于用电峰谷差 ( 夏季更为明显 ) 及最大用电负荷的逐年增加，解决电力供需矛盾的途径有： 增加装机容量；实行峰谷分时电价，蓄冰储能技术； 采用抽水蓄能电站， 目前为常用调峰方式之一；压缩空气储能电站；利用剩余电力驱

3、动压缩机压缩空气， 储存压力能， 到高峰期电力不足时，高压空气通过汽轮机发电； 燃油或燃气电厂：燃油或燃气电厂肩停迅速，可在电力高峰期时迅速开启，补足电网电力不足； 其他电能储存方式：如超导电感储能和蓄电池储能。1.1.3蓄冰储能技术的产生从上面几种方式来说，增加装机容量。不仅需要巨大的投资，也没有从根本上解决电力需求的矛盾，反而使昼夜峰谷电力差不断增大，造成资源的大量浪费；实行峰谷分时电价。这项措施已逐步展开，也取得了一些成果，但不能根本解决昼夜峰谷电力差的问题，只能是隔靴搔痒；采用抽水蓄能电站，压缩空气储能电站；利用剩余电力驱动压缩机压缩空气， 储存压力能，到高峰期电力不足时，高压空气通过

4、汽轮机发电；燃油或燃气电厂，这三项技术还是希望在能源供应侧解决矛盾，但投资也是巨大的，1.1.4中做详细第 1 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书介绍；其他电能储存方式：如超导电感储能和蓄电池储能。首先这些技术还不成熟，停留在理论和实验阶段。即使成功也很难通过大规模应用来解决矛盾；蓄冰储能技术。这项技术不仅仅是蓄冰储能本身，还结合了实行峰谷分时电价：在夜间电力低谷、电价低的时候，机组运行制冷，将蓄冷介质的显热或潜热以冷量的形式存储起来，然后再白天电力高峰、电价高的时候，停止制冷机组运行，而将储存的冷量释放出来，满足建筑物空调或生产工艺的冷负荷需要，我们称之为“

5、削峰填谷”。既有效的利用夜间非常低廉的低谷电价，节省了高峰时期的昂贵的电力。不仅减少制冷机组的装机容量，还大大提高发电机组的发电效率，缓解城市电网高峰的用电紧张，如下图所示：图一蓄冰储能转移建筑物高峰用电“节约高峰电力” ：在电力高峰的时候不耗电、少耗电。这已成为政府和电力管理部门致力于缓解电力紧缺的积极、重要和长远的措施之一，例如深圳特别规定蓄冰空调谷期电价为 0.2884( 元/KW.h)，只有电力高峰时段的 20% 左右，峰谷电价为 4:1 。北京和厦门等地还出台政策：每转移 1KW 高峰电力，给予 500 元的补贴。在蓄冰储能技术发展的最好的日本，国家和电力公司都给予蓄冰储能技术的公司

6、优惠政策、补助金激励措施和强有力的支持。1.1.4新建电厂与蓄冰储能第 2 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书表1 新建电站的投资费用由表 1可见，新建电站投资337510000( 元 /KW.h) 。而采用蓄冰储能技术每转移1KW 高峰负荷增加初投资1000 元左右。也就是说，将有限的资金投入到蓄冷空调的建设中，其产生的移峰效果要比投资建立发电机组的效果要好的多。因此， 用户需求端采用蓄冰储能移峰1W 电力需要增加 1元投资，而在能源产生侧可以减少3 10元的建立发电机组的投资，使得蓄冰储能符合能源需求侧管理（DSM） 的要求（ DSM中的一个重要思想就是将

7、有限的资金投入能耗终端 ( 需求端 ) 的节能，其所产生的效益要远高于投资能源产生的效益）。这样，从终端节能优先角度出发，采用蓄冰储能，可以为社会节约大量的投资【1】，给能源需求侧用户节省很多运行费用。从能源需求侧管理(DSM)角度考虑。建筑节能即利用有限的资源和最小的能源消费代价来取得最大的经济和社会效益，满足日益增长的需求为目标。 由此可见，从能源需求侧节能是解决电力需求与昼夜峰谷电力巨差之间的矛盾最佳途径。而以蓄冰储能为典型代表的蓄能技术是实现能源需求侧管理(DSM)的最好办法。1.1.5日本蓄冰储能概况截至到 2003，据完全统计，日本在各行各业需冷场所完成蓄冰储能案例21329个，转

8、移高峰电力 145万 KW，相当于一个大型核电站中一台发电机的电量【3】。而我国首个刚开始建设的海岛核电站福建宁德核电站一期四台百万KW发电机组工程的总投资为 512亿人民币。也就是说，当我们采用能源需求侧管理(DSM)的蓄冰储能技术，每转移一万KW的电量，就为社会节约约 1亿人民币，不仅为用户节省运行费用，还带来可观的社会效益。但据完全统计，我国截至到 2001年才有 183个蓄冰储能案例。因此，蓄冰储能技术，在我国节能趋势日益严峻的情况下，面临着前所未有的机遇和挑战。1.2动态冰浆蓄冰储能是当今世界蓄冰储能领域最先进的技术第 3 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分

9、析报告书1.2.1动态冰浆蓄冰储能技术概述动态冰浆蓄冰储能技术产生的冰浆是近年来世界各国竞相开发研究的新型介质，它是指水溶液降温至冻结点温度以下产生极细小的冰晶( 一般为 0.05 0.15mm) 与水的混合物。由于其生成形式类似于雪花，即自结晶核以三维空间向外生长而成，生成后成为一种游浆状的液冰，因此又称为颗粒流冰、二元冰（binary ice ）、深冷冰（ deep chill ice ）、液冰（ liquid ice ）、流冰（ fluid ice ）和可泵送冰（ pumpable ice）等。冰浆具有液体冰的热力学物理特性：极好的冷却性能、高热容量和流动性，从而能达到极高的制冷效率。与

10、其它介质相比，冰浆冷却速度更快、冷却效果更好（30%冰浆的制冷容量是 7冷冻水的 6-10 倍且其冷却温度更低） 。另外由于冰浆优异的传热性能和6 倍于常规空调水的热容量，使得换热器的型号、水泵的功率以及相应管道、设备的尺寸等大大减小，从而降低了其初投资与运行费用。1.2.2动态冰浆蓄冰储能技术与其他主流蓄冰储能技术的比较条件比较静态冰球式静态盘管式动态冰浆蓄冰储能1 1.2制冰运转效率（注意：这个数据表示的是单位1（ KW.h/RT-hr ）1.2 1.81.2 1.6制冷量消耗的电能，数值越低，功耗越小）2设备安装便利性无规格化需搭配主机套装化设备3储冰槽储水温度较低较低极低4冷量释放速率

11、及灵活性慢慢非常快5储冰槽空间需求8.08.083（ m/100RT-hr ）6可用低谷时间5 8=405 8=407 8=56（ hr/week ）7应用范围仅适合空调仅适合空调适合所有用冰产业等8系统维护、调试容易复杂容易9价格相对较高相对较高相对较低表2 各种制冰方式的对比注释：第 6 项的可用低谷时间（ hr/week ）：大部分民用建筑特别是城市的商业办公建筑的空调时间为周一到第 4 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书周五，无法将周五、周六晚上的低谷电利用起来。而动态冰浆蓄冰储能只需增加蓄冰罐体积就可利用周五、周六晚上的低谷电价时段电力进行蓄冰储能，

12、在周一、周二的空调时间做全蓄冰，为用户节约更多的运行费用，转移更多的高峰电力。而静态盘管和冰球要利用这两个晚上的低谷电，则不仅需要增加原来的两倍盘管和冰球，成本也增加两倍，从经济角度而言，根本无法利用；另外因为盘管和冰球的结冰需要载冷剂，只是周末两天才会用，这增加了静态盘管和冰球的载冷剂回路和融冰回路控制的复杂性。如表 2 所示，动态冰浆蓄冰储能技术的优越性非常明显，我们将分别在第二篇和第三篇中详细比较技术和经济的各个参数。1.2.3各种制冰方式产生的冰浆冰浆的制备方式主要有过冷水式（Supercooled）、刮削式（ Scraper type）、冷媒喷射式（ Ejector system ）

13、、真空式（ Vacuum type）、下降液膜式（ Falling film type ）等基本型式。不同制取冰浆的方式大致可以归结为三类：1，片冰式：含有添加剂的水溶液在热交换面上发生相变结冰，当结冰厚度达到一定厚度的时候，用机械刮削的方式或者通过切换通入热的冷媒，进行冰层与热交换面的脱离即产生片冰。片冰或进行粉碎后与水混合，即产生冰浆。 这种方式目前已经推广应用。但从能耗角度，还有比较明显的不足：（ 1），冷媒蒸发温度低。 制冷主机的冷媒蒸发温度都在- 15以下，甚至 -25。而“ i slurry ”系统的载冷剂温度在-3。而且不存在着结冰带来的传热热阻。按照制冷机组一般的推算，蒸发温度

14、每下降1，主机制冷量下降3%计算，我们的“ i slurry”系统制冰是主机的效率至少高出片冰的 30%70% 。所以相对于动态冰浆系统而言，现有的片冰和静态冰球和盘管制冰的制冷主机有近一半能源消耗是浪费的。（ 2），片冰机一般是整机形式，上面是制冰的主机和换热器，下面为储冰罐。这种形式的本身就限制了机组容量：机组尺寸特别是高度与结冰的传热面之间的矛盾。另外片冰的冰浆需要冰与传热面的剥离过程和冰浆或片冰输送机构（气体输送、履带或螺旋输送），降低了系统的可靠性。其中应用最广泛的是以美国的Paul Mueller 、加拿大的Sunwell 为代表的刮削式。2，冷媒直接接触式：将不溶于水、凝固点低的

15、液体或气体冷却至零下，然后在容器内与水进行混合，进行液液或汽液热交换，得到水合物（冰浆），气体称之为气体水合物。这种方式的制冰效率也很高。但是却存在着致命的缺陷：a，冰浆中含有冷媒（载冷剂）。液体存在着腐蚀性，消耗量也大；气体冷媒比较昂贵，消耗量大了之后，极大地限制了这种技术第 5 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书的发展。 b，冷媒不溶于水，并不代表制冰过程中水中没有冷媒，混合传热过程中，少量的水掺和在冷媒中，这就给制冰换热时带来隐患：造成冰堵。所以需要进行冷媒与水的彻底分离，但实现的技术难度和成本都很高。另外就是含有冷媒的冰浆在应用上受到很多限制，这种冷媒

16、或多或少都是毒性的。3，过冷水制冰： 将不含任何添加剂的（可食用） 水冷却至零下 （-2），水依然是液态，并换热器内保持稳定，当水流出换热器后再进行冷量解除即产生冰浆。这项技术在制冰行业从技术和应用上都是无可挑剔，只是零下液态水是亚稳定状态，不易保持， 造成换热器冰堵。日本从 20 世纪 80 年代末开始研究，已形成了以Takasago 和 Shinryo 等一批规模化应用的公司，并且建立了多个城市区域供冷站。我们的动态冰浆蓄冷储能技术“i slurry ”系统，在综合上述各种冰浆制取方法的基础上，历经三年的研发，成功地实现了我国冰浆制取技术上的突破，目前已经申请了多项专利。而且我国蓄冰空调技

17、术规范上关于动态冰浆蓄冰储能技术规范还是一片空白，所以相信我们的“ i slurry” 系统将有一翻大的作为。图二（小型样机冰浆的产生）第 6 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书第二篇：动态冰浆蓄冰储能技术“ i slurry ” 技术分析2.1动态冰浆蓄冰储能技术“i slurry ”系统介绍2.1.1动态冰浆蓄冰储能技术“i slurry ”系统组成（如图三所示）图三动态冰浆蓄冰储能技术“i slurry ”系统图将蓄冰罐中不含任何添加剂、0左右的水经过“i slurry ”独特的冰核去除装置后，在“ i slurry ”独特的热交换器内被冷却至零下并保持

18、液相，流出后进行冷量解除就生成了冰浆。制冷主机蒸发器给换热器提供-3 左右的载冷剂。2.1.2动态冰浆蓄冰储能技术“i slurry ”系统的特点1 ，系统构成简单，安全。没有庞大的热交换盘管或冰球，不用担心管道腐蚀和泄漏等第 7 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书隐患；除了主机和水泵，没有其他复杂机械部件；2 ，系统运行可靠。没有复杂的设备和管路就没有复杂的控制系统；3，系统效率极高。可以从系统上可以看出，“i slurry ”系统换热器内保持液态水的稳定状态，几乎没有冷量损失的地方。主机的载冷剂温度才3，对于用水（目前在PCM材料中最稳定可靠的）进行相变储

19、能技术来说，制冷效率几乎是极致；4，冰浆的制取为低温送风的实现创造了先天条件。采用低温送风后，可大大减小风管、水管的尺寸、换热器的型号和风机、水泵的功率；空调末端因为冷冻水的进出口焓差大，人的热舒适感增强。国外应用比较典型的、冰浆浓度为30%的空调系统，冷水的进出口温差为10、焓差为140(kJ/kg)；5 ，无可比拟的释冷性能、稳定可靠的冷源。在释冷时，冰的表面积与释冷的速率成正比，同等质量的冰浆的表面积是常规冰块的上百倍，片冰的几十倍。是一些应急冷源的最佳选择：比如用作灭火剂，现有的灭火装置和喷嘴仍然可以输送浓度为30%的冰浆溶液，采用冰浆溶液灭火可以使灭火时间减少一半，同时使室内温度急剧

20、降低。与水相比，采用冰浆灭火所需的量较少【 4】。因为极高的释冷反应速率，也是最可靠的冷源。6，低廉的成本。相对于常规的制冷机组，我们的“i slurry”只增加了一个“ i slurry ”制冰的热交换器、一个“i slurry ”冰核去除装置以及管道阀门和控制系统。7，冰浆应用广泛、灵活。如前所述，不仅因为冰中不含任何添加剂和冰浆的流动性，更主要的是“ i slurry ”系统本身极高的热交换效率和相对低廉的成本为其冰浆的广泛应用有了最可靠的保证。冰浆的流动性使其在应用上几乎不受到任何限制。我们历经3 年的研发，以近乎完美的数据和稳定性能，相对低廉的成本成功实现了动态冰浆蓄冰储能技术“i

21、slurry ”系统。相继成功研发了小型机组（6KW）和大中型机组第 8 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书（ 200KW）两个系统。图四小型样机控制界面图图五小型样机实物图图六200KW样机蓄冰储能蓄冰罐图2.2动态冰浆蓄冰储能技术“i slurry ”系统与常规空调技术、静态制冰储能技术的比较2.2.1蓄冰储能技术与常规空调技术相比是节能的第 9 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书2.2.1.1制冰工况额定高速运转制冰工况虽然比常规空调制冷工况效率要低一些，一般低30%左右。但是制冰工况是机组处在最佳工况且高速运行，负荷几

22、乎不会有什么波动。而常规空调工况机组制冷量是按照全年不保证15 天的室外气象参数（设计日最大负荷）进行设计选型的，而这种工况在全年空调机组的运行时间里面，只有15%左右。也就是说常规空调机组处于最佳工况运行时间全年只有 15%。全年 85%的时间是处于低工况运行！而且我们都知道，一天之中环境冷负荷几乎时刻都在随着气象参数等因素变化，所以机组在运行时要不断调整以适应负荷变化。笔者根据空调冷负荷计算总结出：即使是设计日（空调时间10 小时），也有 20%时间为低负荷且只有最高负荷的40% 60%，更何况在非设计日负荷下运行的情况呢？用个形象的比喻如下：蓄冰储能额定运转工况常规空调制冷工况负荷不稳定

23、运行图七蓄冰储能工况与常规空调制冷工况负荷不稳定工况主机运行对比如图七所示，常规的空调制冷方式因为运行工况的不断变化，其实是非常耗电，而且影响机组性能。但蓄冰储能时机组是额定工况高速运转，所以是省电的。2.2.1.2全负荷的分时分量蓄冷与部分负荷时的全蓄冷采用蓄冰储能技术后，最佳蓄冷率在45.2%左右【 10】（笔者经多个案例计算：此蓄冷率对不同的案例，误差在10%以内），这不仅意味着在选空调机组时，容量可以减少40%左右，其他系统组成（冷却塔、水泵、管道、空调末端等）均可大幅度减少容量或尺寸。还可在部分负荷的时间（40% 80%）里实现全蓄冷：1，可以适当调整蓄冰时间（利用周末休息时间等非工

24、作时间的低谷电价，只需设计时适当增加蓄冰罐体积）；2，机组在选型时，考虑这个时候的全蓄冷情况，在常规机组减少40%容量的基础上，稍微增大主机容量。不仅是削减高峰用电负荷，还可以为用户大大减少运行费用。2.2.1.3夜间运行蓄冰储能时，机组在晚上22 点以后运行，即使是在炎热的夏天，深夜的大气温度是比白天要低很多的，约10左右 , 也就是说蓄冰储能机组的冷凝温度要比白天常规的空调工况第 10 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书冷凝温度要低10左右。一般情况，在蒸发温度相同时，冷凝温度每降低1，制冷量增加1.2%。所以蓄冰储能时机组的冷凝温度要降低10，制冷量增大

25、12%左右，输入功率减少15%左右，能效比增加30%左右。所以制冷主机在同一温度下，制冰工况制冷量比空调工况低30%，但在实际运行中，夜间温度低，尤其是昼夜温差较大的地区，制冰工况制冷量只是比空调工况少 15%左右。2.2.1.4可实现低温送风常规的空调制冷机组，机组供给末端的冷冻水，一般为7 /12，显热容量较小，只有 21(kJ/kg)。但蓄冰储能技术可以实现低温送风技术，即利用夜间储存的冰，或结合制冷可以实现冷冻水2 5供水， 12 14 回水：大于10的温差，热容量增大，大于40(kJ/kg)。而且我们的“ i slurry ”系统可实现用冰浆输送，如20%IPF 左右的冰浆，热容量已

26、经高达120 (kJ/kg)，是常规空调5温差近5 倍。根据常规DN=18.8（ Q/v ） 0.5 ,DN冷冻水管道直径；Q冷冻水流量V冷冻水流速可计算得出， 1），管道的直径（保温材料）缩小将近一半；2），冷冻水泵电机也大大减少，只有 1/8 左右； 3），空调末端风量大大减少。所有这些不仅仅是尺寸，电机功率上的减少，更重要的是日后运行能耗的大大减低。还可增强人体的热舒适性。2.2.2“ i slurry ”系统与传统静态蓄冰储能技术相比是节能的传统制冰技术是指静态盘管制冰、片冰、冰球等技术2.2.2.1“i slurry ”系统制冰效率高制冰效率高， 首先反应在蒸发温度上，传统制冰技术在

27、-10 -25 ，随着制冰的进行，蒸发温度逐步降低，制冷效率越来越低，制冰的最后几个小时只有额定制冰工况的50%（见案例一和案例二）；而我们“i slurry”系统蒸发器出口温度稳定在-3 ，不会有任何波动。其次，传统制冰技术（静态盘管、片冰、冰球）的相变都发生在传热面上，随着制冰的进行，由于结冰形成的热阻越来越大。我们就几种不同制冰技术在制冰能力上结合具体实际工程案例做个技术分析比较。案例一第 11 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书上海海事大学章学来教授2003 年 7 月 6 日在某医学中心外融冰式冰蓄冷的测试数据【 5】该工程4 台水冷螺杆式冷水主机，

28、空调工况，单台制冷量为1407(KW) ，制冰工况制冷量： 914(KW) ，是常规空调工况的65%。总蓄冰能力4500(RT) 的蓄冰槽。表 3：相关机组控制方式表 3 案例一的相关控制方式由表 3 控制方式可知，在制冰模式下从22： 00 到凌晨 6： 00 这 8 个小时的时间，只运行了两台机组即2#和 4#。由于单制冰工况下单台机组的制冷量为914KW ，两台一个小时制冰工况下应有914x2=1828(KW) （ 519RT）制冷量，这也就是说理想情况下，一个小时应制的19.644 吨含量 100%的干冰。但在实际运行过程中，结冰速度、厚度和均匀性使得机组COP下降很多。表 4 为制冰

29、工况运行数据表 4 案例一制冰工况运行数据表 5 为整理出各个时间段内的产冰量制冰工况的产冰量时间段下一时刻的蓄上一时刻转移到冰制冰量理论制制冰能力 %第 12 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书冰量（ RT）的蓄冰量上的冷量（）冰量（RT）（RT）（）22： 0023： 005504131375.1819.64426.38%23： 0024： 007075501575.9419.64430.23%24： 00 1： 009637072569.6819.64449.30%1： 002： 00133696337314.1119.64471.83%2： 003：

30、001650133631411.8819.64460.46%3： 004： 001995165034513.0519.64466.43%4： 005： 002298199530311.4619.64458.35%5： 006： 00255422982569.6819.64449.30%共计 8 个小时214180.99157.15251.53%表 5 为表 4 运行数据整理对比由表 5 可知： 8 个小时共蓄冰量2141(RT) ，蓄冰率 =（ 2141-413 ） /4500=38.4% ，可以反算出蓄冰槽的体积V=2141*3.52 (kJ/kg)*3600/ （ 0.47*335*925

31、kg/m3） =180 (M 3) 。所以制冰工况下的显热值约为180 M 3*1000*4.2 (kJ/kg)*12 /3600=2576(KW) 。制冰工况的总制冷量约为（ 2141 3.52）7536+2576=10112KW ，显热占总制冷量的25%，冰的潜热值占75%。所以制冰工况主机的制冷系数（制冰工况主机总的制冷量与常规空调工况制冷量之比）(10112 KW) / （ 1407 KW *8*2 ） =45%，制冰能力（制冰工况主机中的制冷量与制冰工况应有制冷量之比）为10112/（ 1828 KW*8 ） =70% 。分析：表5 中数据是制冰量，所以在系统刚开机的几个小时，机组的

32、冷量大部分以水的显热形式储存起来，储冰罐内盘管只是部分结冰，制冰量虽然少，但主要转化为水的显热。但从 0 点以后机组的制冰量基本下降到50%70%之间，因为这个时候主机的制冷量完全跟制冰量成正比，所以可以明显看到储冰罐内的盘管结构和结冰的厚度、速度以及均匀度影响了机组的COP 下降，制冷量的下降到只工况应有制冷量的50% 70%。我们假设前三个小时主机的效率体现在水的显热阶段即100% ，主机制冷量的下降从第四个小时之后可以明显的体现出来，（见表 6）第 13 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书随着制冰的进行制冰效率随时间的变化120.00%100.00%10

33、0.00%100.00%100.00%80.00%率效冰60.00%制40.00%20.00%0.00%71.83%66.43%60.46%58.35%49.30%第1小时第2小时第3小时第4小时第5小时第6小时第7小时第8小时制冰时刻表 6 主机制冷效率随着盘管结冰的进行不断下降这与测试数据中表7 机组乙二醇的进出口温度可以有直接的体现。乙二醇温度下降到-7。温差有开始的3.6 4，下降制冰结束时的2.5 。在制冰的最后几个小时，主机的制冷量因为结冰造成的热阻，损失了40%左右。表 7 乙二醇进出口温度综合上海海事大学章学来教授等2003 年 7 月 6 日在某医学中心的测试数据可以得出以下

34、结论：1) 在制冰工程中乙二醇的进出口温差受到储冰罐盘管上结冰的影响，热阻增加，换热负荷减少而减小；2)乙二醇的进出口温度随着制冰的逐步完成，温差在逐步变小， 说明机组的COP 值在第 14 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书不断下降，也就对应了表4 的分析结果：随着制冰的深入，结冰的厚度、速度以及均匀度使得机组 COP 下降， 制冷量越来越小。制冰工况主机的平均制冷系数（制冰工况主机的制冷量与常规空调工况制冷量之比只有45% ，平均制冰能力（制冰工况主机中的制冷量与制冰工况应有制冷量之比）为51%。案例二同济大学的黄洁，王长庆某大楼冰蓄冷空调系统运行性能分析

35、【6】， 5 台螺杆式(R22)制冷主机 , 其中 4 台双工况主机供1 # 地块 , 每台制冷量 : 1 925 (KW)/ 1 239 (KW) ( 制冷工况 /制冰工况 ) ;1台单工况主机作为基准系统供2 #地块 , 制冷量为 700 (KW) 。此案例用内融冰结构。作者于2002 年 7 月 18 日 19： 30 到 7 月 19 日 17： 30 对主机进行测试，见表8表 8 案例二的逐时运行数据从表 8 可以得出如下几个结论：1) 随着制冰的进行，乙二醇的回水温度逐渐下降；温差越来越小，回水由20:30 时刻的 -1.5下降到 04:30 时刻的 -3.2，温差从 3.1下降到

36、 1.9；2) 制冰工况制冷量由实际运行20:30 时刻的 1084 (KW) 下降到 04:30 时刻的 662 (KW) ，也就是说制冰最后一小时只有开始的60%。这与案例一种的 50%相接近；3) 由于夜间冷凝效果好，此案例机组在 23： 30 达到一个意外的制冷量，说明制冷工况本身在夜间由于冷凝效果好，制冷量本身是比原来只考虑蒸发温度的情况下高。第 15 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书冷凝温度每降低1，制冷量会提高1.2%。4) 制冰工况主机的制冷系数（制冰工况主机中的制冷量与常规空调工况制冷量之比）为（ 32063-274 ）(KW)/（ 195

37、2*4*9 ） (KW)=45.2% ，这个数据与外融冰时主机制冰工况的制冷系数完全一致。5) 计算结果由于此案例在冰蓄冷中设计比较成功，制冰能力（制冰工况主机中的制冷量与制冰工况应有制冷量之比）为（32063-274） KW/ （ 1239*4*9 ）=71.3% 。6) 能效比 EER 逐渐减小，由 3.47 减小到 2.27。案例三SNOWKEY雪人的片冰蒸发器F050S【7】，采用的是内刮式制冰方式生产能力为20.8kg/h, 其潜热值为6968 (KJ) ，即 1.936 (KW) 。必要的制冷量为2350(kcal/h)=2.73 (KW)。所以制冰能力（制冰工况主机中的制冷量与制

38、冰工况应有制冷量之比）为1.936/2.73 71%。其他型号比率也是如此。冰片厚度为1.5 2.2mm。此方法适合小功率的制冰设备。案例四上海博特【 8】是引进美国产业片冰的领先技术Vogt ice 的先进技术导入热气冷媒化霜脱冰的制冰方式结冰厚度为6 12mm,。其设备 3610，在 6mm 厚，蒸发温度为 -18时，冷冻能力为143(KW)，若全部转移到含冰率且为100的冰上，应制得36.88吨 /天 ,而其产品得制冰能力为23 吨 / 天。制冰能力为23/36.88 62.3%。另设备 3672，制冰 6mm 厚，蒸发温度为-18时， 冷冻能力为1055(KW)，若全部转移到含冰率且为

39、100的冰上，应制得272.1 吨/ 天，而其产品得制冰能力为167 吨 /天。制冰能力（制冰工况主机中的制冷量与制冰工况应有制冷量之比）为为167./272.1 61.4%。案例三和案例四分析案例三：机械刮冰不存在着改变机组运行工况来脱冰，相对而言他的制冰效率要高一些，但是这种制冰方式传热面是圆形的，以方便刮冰。但蒸发温度极低-20 -25 。案例四：可以看出导入热气冷媒化霜脱冰的制冰方式会损失机组的冷量来导入热的冷媒和融冰，不仅影响机组的正常运行，还损失了宝贵的制冰时间，影响制冰效率，蒸发温度也低，一般在 -15左右。“ i islurry ”系统在制冰效率上的几个优势：1，所有热交换是有

40、液态水来完成，即间接的液液交换，所以不存在着在传热面上产生冰层第 16 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书热阻的可能；2，在制冰时间内不发生冰堵，也不存在转换运行工况，停机解除冰堵等负面因素；3，在目前所有大型机组的制冰方式中，都需要载冷剂来进行中间换热。一般为 -5 -10 ，而我们的“ i slurry”系统载冷剂是在 -2 -3 ，已接近制冰时载冷剂的极限温度，所以效率是最高的。我们的“ i slurry ”系统效率损失只有在蓄冰罐的罐体、管道以及泵的温升等比可避免的冷量损失，一般10%。如我们研发200(KW) 的“ i slurry ”系统是，流量4

41、0t/h，在未作任何保温的前提下，环境通过管道、换热器与罐体使水从0.2上升到0.4。冷损计算如下：Q损 =(0.2 4.2kj/kg 40 t/h)/3600=9.3(KW) 。机组制冰工况制冷量150(KW) ，冷损为 6.5%。所以我们的 “ i slurry”系统制冰能力 （制冰工况主机中的制冷量与制冰工况应有制冷量之比）为 93.5%（未保温） 。按常规保温条件下可以避免将近5%冷量计算，我们的“i slurry”系统制冰能力 95%，制冰工况主机的制冷系数（制冰工况主机中的制冷量与常规空调工况制冷量之比）为0.75（一般主机制冰工况与空调工况制冷量之比）93.5%=70.6% ，保

42、守计算取60%。2.2.2.2，“ i slurry ”系统构成简单、稳定盘管制冰系统构成虽然简单，但系统中管路复杂：静态盘管结冰不管是外融冰或者内融冰，蓄冰罐内需要大量的盘管。1），蓄冰盘管对空间的长、宽、高有严格要求，蓄冰罐必需放在机房内；2），盘管内或外侧走乙二醇水溶液，乙二醇水溶液本身具有一定的腐蚀性，加上数量庞大的盘管，接口太多，发生泄漏的可能可能性就很大；片冰（刮削式）系统比较简单，但机械刮削部件比较复杂。制冰的水溶液对管路、传热面和机械刮冰部件存在着一定的腐蚀性。片冰（冷媒化霜脱冰）系统构成比较简单，制冰的水溶液对管路、传热面存在着一定的腐蚀性。“ i slurry ”系统1），

43、蓄冰罐内没有任何盘管，罐体对空间几乎没有什么要求；第 17 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书2），载冷循环和制冰循环简单，几乎没有其他组成部分；3），换热器内是载冷剂与水换热，液液换热效率高，内没有任何接口，不会有泄漏的隐患。2.2.2.3，“ i slurry”系统控制简单、稳定盘管制冰：虽然系统简单，制冰时候控制简单。但由于通常考虑到载冷剂的腐蚀和经济性，很少在末端直接进行载冷循环。所以在融冰时，需要进行载冷剂和水进行换热，增大了控制的复杂性。另由于盘管制冰，冰块的释冷性不好难以保证系统的供水水温，需要进行辅助的措施进行融冰，也增加了控制复杂性。片冰（刮

44、削式）：这种方式的控制在于机械刮冰部分片冰（冷媒化霜脱冰）：控制复杂在于化霜脱冰时需要进行冷媒管路的切换“i slurry ”系统：首先是系统简单，不存在解除冰堵和促使传热面上冰脱离的问题，几乎不不存在复杂的控制部件。只有水泵等设备的起停控制。2.2.2.4，“ i slurry”系统冰浆应用广泛、灵活，使得联合区域供冷站可以成为现实盘管、冰球等制冰方式制出来的冰附在传热管或者传热面上，无法进行剥离。只能取出冷水进行应用，这点限制了盘管、冰球等制冰的发展。虽然盘管、冰球等制冰的蓄冷罐内冷水（ 2）的管网输送能力虽然比常规的空调冷冻水（7）大了很多，可以实现低温送风，但释冷性差，造成供水水温不稳

45、定。片冰的使用广泛一些，片冰本身会从传热面上脱离。小型机组应用于超市等小型需冷场所。大型片冰机的储罐和制冷机组一体化，就对机房提出很高的层高要求。另片冰的输送需要很多机械部件或者人力，前者既不方便，又缺乏可靠性；后者比较麻烦。而“ i slurry ”系统制出的冰浆，首先冰浆是可以流动的，冰浆可以取出应用，所以没有罐体空间尺寸、应用场所等要求。“i slurry ”蓄冰储能不仅有小功率，成本低廉的冰浆机组，还可以在建立区域的供冷站，将冰浆输送至分散的冷库。；如地铁可以实现集中供冷，冰浆输送至邻近站点，省去部分站点的机房建设；LNG 冷量转化为冰浆进行远距离输送，按每吨 LNG 释放 830 兆

46、焦耳冷量计算，可以制出30%IPF 冰浆 8 吨，输送冷量230KW ；蔬菜水果保鲜，但蔬菜水果的地域性、季节性、多样性、高品质要求与淡旺季节的调节矛盾十分突出，其中主要原因是保鲜技术的落后；此外，啤酒、牛奶的工艺冷却、冷鲜肉、禽加工的冷却杀菌等为冰浆的应用提供了广阔的舞台。其次，“ i slurry ”系统可以增加蓄冰时间，如1.2.2表格下注释所示。在相同的工程案第 18 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书例中，“ i slurry ”系统可以增加蓄冰时间和利用一切可以用的制冰时间，只需增加蓄冰罐，哪怕临时增加也没问题，因为冰浆可以流动。但静态的盘管和冰球

47、不管从技术还是经济角度都不能实现，首先增加蓄冰时间意味着增加盘管和冰球，而盘管和冰球的成本是和蓄冰量是直接关联的，如1.2.2 注释所述，利用周五、周六晚上低谷电力，就意味着增加原来2 倍的蓄冰量。“ i slurry ”系统只需增加罐体成本，几乎可以忽略不计，而静态盘管和冰球却需要2倍于原来的盘管和冰球，成本自然增加原来的2 倍；而且盘管和冰球需要载冷剂，在控制上难易实现。第三，制冰的水是可食用水，不论是食品、工业冷却还是建筑空调蓄冷，都可以放心使用；冰浆因为巨大的表面积使得其释冷性是其他冰无法比拟的；第四，释冷速率快，不仅是可靠的应急冷源，也是最可靠的蓄冷介质；冰浆细小，可以充分的接触需冷

48、物质或工艺过程，给予全面的需冷所求，这也是其他冰形式无法做到的。最后 20% 30%冰浆的输送， 使得城市的区域供冷供热站的实现有了最根本的技术基础。清华大学的朱颖心教授和江亿教授在2008 年第 38 卷第 1 期暖通空调上发表文章区域供冷系统的能耗分析 【 9】，对日本新宿新都心燃气热点冷三联供DHC （区域供冷站）系统分析，认为此系统供回水分别为6 /14， 8温差太小，加上冷水泵的高电耗，导致管网的冷损失（ 0.8温升），不可接受，最后得出结论：因为区域供冷站供回水温差小于10，加上输配水泵电耗加热冷水带来的负面效应，不适宜推广大规模区域供冷。但我们 “i slurry ”流动冰浆蓄冷

49、储冰技术的成熟，使得大规模区域供冷成为可能：1，冰浆输送技术； 输送 20%30% 冰浆技术已在国内外都有大量的研究，是可行的。 30%冰浆输出， 10供回水温差，就使得管网的单位输送密度等于140（ kJ/kg），相当于供回水33的温差。即使水泵电耗加热冷水带来0.8的温升，也只有2.4% 的冷损。所以采用“ i slurry ”蓄冰储能技术，大规模城市区域供冷站的推广完全没有技术难题；2，我国北方冬季进行的区域供热站，一般才有蒸汽，故单位管网的输能密度大，但还有一点值得更加注意，那就是管网本身的能量损失。架空管道，外界的空气是零下十几度，管内 100以上的蒸汽，热量损失不会小；即使埋地，但

50、地表下2、3 米的位置，因为周围土壤的巨大容量，全年基本是保持在7左右；对供热而言，也存在100以上的温差。但对供冷而言，几乎是天然的保温层，对于0的冰水混合物供水管道只有7温差， 10回水有 3温差，是供热管道温差的十几分之一。第 19 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书正如朱颖心教授和江亿教授分析的日本新宿新都心燃气热点冷三联供DHC （区域供冷站），这种电热冷三联合的能源站点已在日本有很多应用。而我国几乎一片空白。2.2.3“ i slurry”系统与传统蓄冰储能技术分析总结综合前面不同制冰方式的技术分析，就制冰工况的制冷系数、制冰能力、系统构成和系统的

51、控制技术比较如表9 所示盘管制冰外盘管制冰大型片冰“ i slurry ”制冰方式融冰内融冰小型片冰Muller制冷系数60%60%50%60%制冰能力70%75%71%75%90%大量盘管大量盘管机械刮冰简单系统构成管道腐蚀泄管道腐蚀传热面、机传热面、 机械简单漏泄漏械腐蚀腐蚀融冰需要辅融冰需要刮冰机构冷媒切换控简单系统控制助手段辅助手段控制制设备起停片状冰，输片状冰， 输送冰浆， 1，可食用； 2，流动性； 3，可以增加应用冷水冷水送需要人需要人力物力物力力蓄冰时间； 4，释冷速率高； 5，区域供冷站表 9 不同制冰方式的技术比较制冷系数：制冰工况主机中的额定制冷量与常规空调工况制冷量之比制冰能力：制冰工况主机中的实际制冷量与制冰工况额定制冷量之比第三篇：动态冰浆蓄冰储能技术“ i slurry ” 经济分析蓄冰储能技术从经济性考虑的核心：蓄冰储能系统初投资Mx相对于非蓄冰储能系统初第 20 页，共 36 页“ i slurry”蓄冰储能系统技术经济分析报告书投资 Mn，增加的费用I 。以及两种情况下全年的运行费用Ex 和 En，运行减少的费用