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新能源产业

储能是消纳清洁能源的有效技术之一，也是平衡电力系统运行的重要手段，但是必须具备规模化应用条件。现有的各种电储能技术造价高、占地多、建设周期长，难以从根本上解决清洁能源规模化消纳问题。因此，迫切需要开发一种新的负荷，具备低成本、强适应性、高可靠性、大面积普及的应用特点。近几年来，一种固体材料的电热储能技术，实现电热解耦运行和转换，成为一种快速兴起的新的储能技术，并在供热领域有了一定应用。

电储热技术是能够同时解决清洁供暖和电力系统新能源消纳问题的一种有效办法，储热环节使电力和热网运行相对解耦，互不影响，因此电热储能供暖技术近年来获得了快速发展。固体电制热储热装置是一种储能密度高、效率高、经济性很好的可规模化、商用的储能技术，但其主流材料氧化镁具有导热系数低、传热特性差的特点，导致在长时蓄热过程中，温度传递不均匀，释热响应速度慢，设备热响应不足等问题，储能体内部热应力也常引起蓄热体塌陷等隐患，严重影响了设备成本和其推广普及性。由于氧化镁产地位于辽宁省，不能满足材料的来源广泛性，导致电热储能设备成本较高，同样影响了该技术的推广性。

项目团队依托国家科技部中小企业创新项目，产学研用联合攻关、自主创新，通过机理研究、模拟仿真与平台开发和试验研究，分别从储热材料、系统传热设计、多物理场结构设计、炉体绝缘性设计、运行控制等方面解决产品卡脖子难题，并进行工程示范验证。主要创新如下：

开发一种利用固废、固体耐火材料制备的陶瓷砖作为储热材料，通过添加黏土、SiO2、粘结剂、添加剂等作为辅助材料，利用干法、半干法技术通过混合不同粒度的原料制备出具有高热导率高稳定性且致密不易变形的陶瓷砖代替原有氧化镁材料。

提出卡槽式错位多孔式电热储能结构体设计与热力平衡计算方法，研发了集制热、储热和换热于一体的高密度电热储能装备，单体加热功率50kW-20MW，电压等级400V-35kV的分布式系列电制热储能装置，可输出热水、热风、蒸汽等多种热能形式，解决系统运行高温、高储热密能、高转换效率的整体设计要求。

提出电-热-磁-流-力多物理场数值建模与多场协同设计方法，设计了加热丝表面负荷、形状参数和连接阵列，实现了大功率热源在储热体中的均匀分布；通过空气对流增强换热，设计了流道尺寸、开孔率等参数，最终使加热单元温度达800℃以上，蓄热体单位体积储热密度达1500J/cm3以上。解决了大功率下固体材料传热性能差、高温高密度下热应力大等难题。

提出电热储能炉体电热耦合电磁绝缘设计方法，针对电热储能炉体内部高温高电压场强变化情况，设计新型加热元件形状与布局设计方法，使炉内场强均匀分布，可实现10kV以上交流工频电场下加热回路高温绝缘，解决了炉内场强不均匀，高温电场击穿绝缘等问题。

提出基于数据信息融合的温度软测量双闭环控制方法，针对高温固体蓄热炉体内温度难以检测的问题，建立可测温度点对不可测温度测控点的推理估计模型，并引入一种基于双并联前馈神经网络的流固耦合传热系统辨识模块，克服系统大滞后传热特点，实现风量和功率的双闭环温度控制，解决了系统快速响应问题。

项目成果共申请国家专利75项，其中授权发明专利24项，授权实用新型专利25项，获软件著作权4项，参与制定行业标准1项，论文发表77篇。

本项目研制的系列固体电制热储热装置，自2014年7月开始至今，分别应用于辽宁省内沈阳多个居民社区的清洁供暖项目，国网辽宁省电力有限公司办公大楼供暖项目，辽宁朝阳、盘锦、营口、阜新、锦州、辽阳、鞍山、盘锦等供电所清洁供暖项目，辽宁省高速公路收费站清洁供暖项目，沈阳盾安新一城、朗琴产业园等工商业厂区供热项目；以及山西、陕西、吉林、新疆等多个省包括酒店、学校、居民住宅、工业园区等建设项目类型。共92台设备，设备总装机容量96130kW，供暖面积达113.15万平方米。整个系统运行安全、稳定、可靠。商业模式包括BOT、EMC。

本项目替代原燃煤锅炉共计133.5蒸吨，改造后污染物排放量为零，每采暖季减排颗粒物88t，减排氮氧化物和二氧化硫各440t。为清洁供暖和电力系统储能消纳，提供了一种很好的手段，增加了电力销售量，实现了能源节能利用，提高了分布式清洁能源利用效率，为新能源发展和能源结构调整起到关键作用，取得良好社会和经济效益。同时可以带动当地耐火材料及其他行业的发展，为供暖行业带来新的活力，带动当地就业和经济增长。