项目案例简介：
面对常规直热式电锅炉效率低且工业领域企业蒸汽需求大，持续制汽导致总体电价昂贵的情况，项目组探索电热高效转化办法，创新提出“电极锅炉+蒸汽蓄热器”系统，用电制蒸汽模式替代天然气锅炉，利用谷电产生蒸汽并以高温高压水的形式存储，日间峰时释放，实现削峰填谷。
而实际运行中，项目组发现供热行业热惯性资源利用程度低，且部分园区已拥有光伏资源但尚未有效利用，深化产学研合作，基于原有系统进行了技术迭代更新。创新发明了面向新能源消纳的新型储能及电热协控技术，将热泵与蓄热技术相结合，夜用谷电、日用光伏驱动热泵从空气或工业余热中取热，实现了企业废气废水的能源循环利用和梯级利用。同时提出了基于多尺度电/热能流定向输运的电热协同方法，以用户侧可调负荷资源的精准调度和对电网的主动自适应需求响应实现分布式光伏就地消纳。
本案例于金能基地侧建设了面向新能源消纳的新型储能及电热协控技术成套设备，新建光伏593千瓦，数据统一采集至电热协同平台参与电网互动，夜间谷电充电、白天峰电放电，结合电热储能，动态调整机组运行功率，在光伏出力较好的时段消纳多余光伏电，同时增设40千瓦热泵回收利用部分光伏组件产生的废为电蒸汽机组提供更多热水源，降低蒸汽生产成本和碳排。基地侧产出蒸汽隔墙供给与波仕曼侧，让其实现了以更优惠的价格用更绿色的蒸汽。
本案例首次将工业电汽转换及电热协控技术应用于园区微电网，源荷储协同构建以谷电、绿电、余热多源协同的电制蒸汽及储能新模式，充分消纳谷电、绿电，每吨蒸汽耗电量从750kWh降至400kWh，制取成本降低50%以上，光伏绿电消纳比例提升35%，每年减少碳排放约160吨，推进工业供热领域的用能革新，大幅提高分布式光伏就地消纳比例，有效助力国家节能降碳目标的实现。
选送单位：常州金坛金能电力有限公司
项目名称和内容
项目名称：面向新能源消纳的新型储能及电热协控技术
项目主要科技内容：
基于相变蓄热的增程式电制蒸汽技术；
电能驱动的热泵-水蒸气压缩机耦合相变蓄热器的蒸汽发生装置；
面向高温蒸汽供应的电热协控技术及构建电热智慧能源管控平台。
改造总体目标
实现工业余热循环利用和梯级利用；降低源、荷两侧的碳排放；取得集理论、技术、装备和实际工程应用于一体的成果。
主要创新点概述
本项目针对我国现阶段终端能源消费向电气化转型的要求，创新提出面向新能源消纳的新型储能及电热协控技术。
1、通过研发基于相变蓄热的增程式电制蒸汽技术，实现工业余热循环利用和梯级利用，实现 120-170•C的蒸汽供应，相比直热式技术每吨蒸汽耗电量减少近一半，输出热能与输入电能之比可以达到1.85。
研制了电能驱动的热泵-水蒸气压缩机耦合相变蓄热器的蒸汽发生装置（图3），由高温热泵机组从55℃余热源提取热能产生120℃蒸汽并存储在蒸汽蓄热器中，再通过蒸汽压缩机对蓄热器产生的蒸汽进行增温增压至170℃，供用户使用，相比传统直热式技术将每吨蒸汽耗电量由750kWh降低至410kWh，系统电热转换能效比达到1.85。
图3.增程式蒸汽发生装置原理图
2、通过构建基于等效储能模型设计蒸汽蓄热器，灵活切换蓄热、放热模式，从而实时响应光伏波动，实现了园区分布式光伏就地消纳，通过复合非均匀真空保温结构和仿生流道蒸汽充气结构，进一步提升蓄热效能。
设计了树根茎式仿生流道蒸汽充汽结构（图4），保障蒸汽在流道内速度场均匀、湍流损失小，蓄热效能提升了3.98%以上；设计了复合非均匀真空保温结构，根据蓄热器不同区域散热速率差异配置不同的保温层结构（图5），在未显著增加成本的基础上，将蒸汽蓄热器24h热量损失率由6%降低至3%以下。
图4.树根茎式仿生流道蒸汽充汽结构
图5.复合非均匀真空保温结构
3、研发面向高温蒸汽供应的电热协控技术及构建电热智慧能源管控平台，实现全流程智能管控，根据光伏出力情况动态调节蒸汽机组的电功率，实现园区分布式光伏就地消纳。此外，利用融合终端采集电网数据传输至用户侧，用户侧通过主动调节电功率，配合电网负荷做好错峰调控。
应用电-热等效储能方法，设定了热泵蓄热、热泵-压缩机组蓄热、压缩机组放热、边蓄边放等四种运行模式，利用热能长时间惯量特性避免电能调度对用户蒸汽供给的影响，通过灵活切换运行模式快速响应光伏的波动，实现了园区分布式光伏全额就地消纳。
图6.基于动态储热的电热协同
新技术将每吨蒸汽耗电量降低45%，相比燃煤锅炉降碳 67%。
应用情况及可推广前景简述
应用情况
项目成果应用于常州金坛金能电力有限公司，通过余热回收、蒸汽存储等方式，充分利用谷电和绿电实现低碳、低成本制取蒸汽。通过高温热泵提取工业废水中的余热，实现高效电制蒸汽；通过蓄热器存储蒸汽，实现新能源灵活就地消纳；通过压缩机增温增压，实现全温域工业蒸汽供应。充分消纳谷电、绿电，实现蒸汽制取成本降低50%以上，每吨蒸汽耗电量从750kWh降至400kWh。所生产出来的蒸汽供给隔壁服装企业波仕曼制衣有限公司使用。光伏绿电消纳比例提升35%，每年可减少碳排放160吨。
推广前景
本项目技术具有显著市场优势，极具推广价值。
国家政策支持：随着国家建立健全电力辅助服务市场价格机制，可调负荷参与辅助服务市场政策为不存在光伏资源的客户提供了参与响应新能源的可能，客户通过辅助服务响应电网要求获得补贴，进一步降低企业用能成本，此政策将推动更多潜在客户转化为实际客户。
市场潜力巨大：工业用热占我国工业用能的50%以上，以100-200℃高温蒸汽为主，目前蒸汽产能78%来自于燃煤和天然气锅炉，双碳背景下，工业锅炉节能改造、电能替代市场潜力巨大。
经过调研，食品制造、酿酒、饮料和精制茶、纺织、木材加工、新能源加工等工业场景广泛存在中高温蒸汽使用需求，是我国能源消费的主要领域。工业生产消耗的能源有一半以上以废气和废水的形式转化为余热，其中只有30%被重新利用，这是能源利用效率低下的原因之一；而热泵可以通过对工艺过程中的废热进行回收再利用，从而大大节省能源消耗和相关的二氧化碳排放。随着非化石能源发电所占份额的不断增加，利用电力驱动的工业热泵是实现绿色低碳、可持续发展的必然选择。
应用场景广泛：该项目具有可复制性，可以以能源站或分布式锅炉形式应用于广大工商业客户；可以作为热力管网中继站，对蒸汽进行二次增温增压，来延长供气半径，或对热力管网蒸汽移峰填谷；也可以作为电热转换枢纽，用于光伏或风能等多种新能源储能配置。
经济效益及社会效益情况
经济效益
以常州金坛金能基地-波仕曼工业园区为例。金能基地用谷电和富余光伏制取蒸汽，全过程使用光伏等清洁能源，减少碳排放64%，成本约每吨220元，产生蒸汽以每吨300元售卖与波仕曼，每年为公司产生收益收益约15万元，同时每年为波仕曼节省用能成本10万、人工成本10万。
社会效益与间接经济效益
该技术推动了工业蒸汽领域的电气化，通过清洁电力实现蒸汽的生产，可替代现有燃油锅炉、燃气锅炉，在多个方面取得显著的社会效益：
通过使用低碳电力减少工业生产过程中碳排放的能力，以及降低平衡电力系统和在用户端消耗热能的成本。随着光伏等新能源迅速发展，本产品可节能高效、经济零碳解决未来工业生产用热需求，是高质量实现“双碳”目标的重要技术支撑。本产品通过对工业领域燃煤、燃气锅炉的替代，实现工业供热电气化转变，结合可再生能源的发展，可为传统工业的零碳转型提供路径。
项目案例获专利及奖励情况
2022年度电力科学技术进步奖一等奖
2022年度江苏省科学技术奖二等奖
首届青年绿色科技创新大赛金奖
2022年度江苏省职工十大科技创新成果
2022年度江苏省电力科学技术进步奖一等奖
2022年“科创江苏”创新创业大赛装备制造创新组二等奖
第四届江苏企业（研发机构）创新大赛三等奖
2021年常州市总工会直属单位“双推双促圆梦行动”合理化建议优秀成果
2021年度职工技术创新优秀成果一等奖
国网江苏省电力有限公司2023年科学技术进步二等奖
专利：
1、实用新型专利：《一种换热效率高的空气源热泵》ZL202223096654.8
2、实用新型专利：《一种具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置》ZL202020589393.5
3、实用新型专利：《一种光伏余热蓄热系统》ZL202123366718.7
4、发明专利：《一种光伏直驱式高效热泵机组》ZL202411008613.X
5、发明专利：《一种用于光伏供电直驱式热泵储能设备》ZL202410634788.5
6、发明专利：《应用于智慧余热蒸汽发生系统中的蒸汽压缩机组》ZL202410056266.1
7、发明专利：《电加热蒸汽锅炉系统的控制方法及装置》ZL202210423773.5
8、发明专利：《压气机的喘振诊断和抑制方法、装置》ZL202310772060.4
9、发明专利：《基于复合冷凝强化技术的新型蒸汽蓄热罐与系统》ZL202311226719.2
10、发明专利：《蒸汽蓄热罐及其保温装置》ZL202311388019.3
11、发明专利：《一种带储热的闭式循环蒸汽发生装置》ZL202311253199.4
12、发明专利：《低谷电蒸汽蓄热器的能源分配系统》ZL202110297833.9
13、发明专利：《电热综合能源系统的双层优化调度方法》ZL202311256713.X
14、发明专利：《多能源微电网系统的优化配置方法及装置》ZL202311845802.8
15、发明专利：《住宅综合能源系统的热电协同调度方法及装置》ZL202211182386.3
选送单位简介：
常州金坛金能电力有限公司是金坛供电公司下属集体集团公司，成立于1992年8月，注册资本5010万元，净资产7454万元。公司主要承担承担110kV及以下送电线路和同电压等级变电站建筑安装工程施工；高新技术研发；热力生产和供应；节能管理服务；余热余压余气利用技术研发等服务。
公司有丰富的技术型人力资源，其中一、二级注册建造师10多人，中高级职称30余人，专职预算员、质检员等各类专业人员齐全；是金坛地区电力建设的主力军，也是送变电行业中的生力军。
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