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寒冬之际 温暖神州

文章来源:中国科技新闻网   文章作者:本站编辑   更新时间:2017-03-17    

  ——北京工业大学马重芳团队开发“熔盐蓄热式绿色供暖技术”

  “不烧煤、价格低、还暖和,这样的供暖方式挺好。”在小区居民任烨家中,记者看到温度计显示屋内温度为22摄氏度。任烨告诉记者,过去她住的旧房子冬天家里温度就十七八摄氏度,现在130多平方米的房子,春节期间室内温度达到二十三四摄氏度,一整天脸都红扑扑的。

  任女士是河北省辛集市崇阳小区的一位普通居民。本来是一个很普通的小区,今年冬季,却因采用了“蓄热式”熔盐储能绿色供暖方式,成为我国北方地区乃至全球冬季清洁供暖的有效尝试第一家,而一举成名。2016年10月24日,新华网发稿《全球首座“蓄热式‘熔盐绿色供暖系统在河北辛集试车成功’”》;2017年2月14日,新华社发通稿《不烧煤、无排放、低成本:河北一村庄的绿色供暖试验》,《农民日报》《河北经济日报》等众多媒体纷纷转载;2017年2月20日《河北日报》发稿《辛集:一个小区的绿色供暖试验》,辛集崇阳小区一夜成“网红”,而作为这项技术的主要研究者,北京工业大学马重芳和吴玉庭教授受到了媒体越来越多的关注。

  国家环保部大气司刘炳江司长,严刚处长,石晓群调研员,王凤,钟悦之。省环保厅陈恩惠副巡视员,大气处戴喜明副处长。辛集市委书记邸义,市长田耀筠及辛集市环保局,辛集镇等各级政府领导莅临熔盐储能绿色供热辛集基地视察工作

 

  马重芳教授是北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室暨传热与能源利用北京市重点实验室的创始人,现任国家太阳能热利用技术创新产业联盟专家委员会副主任。自从2000年以来,马教授及其团队集中精力开展熔融盐传热蓄热的研究和开发,不但发表了大量的学术论文,也实现了科技创新的工程应用和产业化。2016年世界第一个大规模熔融盐蓄热供暖示范工程在中国河北辛集市成功投入应用。这些能源领域高科技创新及其产业化,不但引起了国内外学术界的高度重视,也为中国能源产业的发展和雾霾问题的解决提供了新的技术方案。

  熔盐有着极为复杂的热物理性和热化学性,是极佳的蓄热和传热介质,但由于测定和撑握各项性能需要极高的科技水平和精密仪器。北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室马重芳教授、吴玉庭研究员带领的科研团队潜心研究十多年,在低熔点高工作温度混合熔盐配制与改性、熔盐热物性测定与推算理论、熔盐对流传热等方面取得了世界领先的研究成果。先后成功配制出二百多种性能各异的多元混合熔盐,不仅克服了国内外普遍使用的二元盐凝固点高、容易冻结的问题,还具有流动性好、性能稳定、腐蚀性低、使用寿命长等优点,同时还大幅度地降低了成本,为熔盐的产业化运用奠定了基础。

  马重芳教授的科研团队先后获得国家数千万元的资助,建立了熔盐热物理和热化学性质测试平台,在高温下对熔盐的热物理和热化学性质进行了测定,并对热物理参数变化的规律进行了深入的研究,获得了计算有关参数变化的关联公式,通过大量的大温差冷热冲击实验和长期高温热稳定性及材料腐蚀性实验,揭示了先进多元混合熔盐热物理与热化学特性随组分配比和温度的变化规律,经过大量长期的实验研究和理论分析,所得的结果,为工程应用打下了坚实的基础。

  河北省环保厅党组书记及厅长陈国鹰带队视察示范工程现场



河北辛集市委书记带队亲临示范工程现场进行考察和指导

 

  为了完成示范工程,必须对高温熔盐在换热器内的受迫对流传热进行准确的计算。这种传热过程的计算方法与公式,是相关热力设备的基础。马重芳教授的学术团队进行了混合熔盐传热蓄热循环的受迫对流、自然对流和混合对流传热实验和数值模拟,提出了熔盐对流传热的通用实验关联式,在这一领域发表了多篇国际论文,处于国际领先地位。2010年,拥有数千名科研人员的美国爱达荷国家实验室,先后在当年三月和八月分别发表了名为《液态盐热物理与热化学特性的工程数据库》和《熔盐受迫对流传热实验廻路的概念设计》两篇科技报告,在这两篇科技报告中,作者推荐的六个熔盐传热计算公式,全部都来自北京工业大学马重芳团队的研究成果。这一事实,表明我国科技工作者在熔盐传热蓄热方面已经达到国际先进水平,北京工业大学提供的计算公式为熔盐热力系统的设计和开发奠定了可靠的基础!

  马重芳教授的科研团队提出了低熔点熔盐传热太阳能热发电技术、熔盐冷却燃气轮机叶片、弃风弃光或谷电加热熔盐蓄热供热、独立熔盐储能电站、熔盐热管等一系列专利应用技术,提出了熔盐蓄热罐、大容量电加热器、熔盐换热器、熔盐泵等关键设备的可靠技术方案,掌握了熔盐蓄热系统的设计优化与安全运行技术,实现专利转让近千万元。马重芳、吴玉庭教授的科研团队先后获得二十余项国家科研项目合计3000余万元的支持,先后发表SCI期刊论文20余篇,获得授权与公开发明专利近30项。这些科技创新的研究成果,为示范工程的设计制造和运行,奠定了坚实的基础。马重芳教授说:我们深深感谢国家科技部和国家自然基金会的大力支持,没有国家数千万元的科研资助,长达17年的基础和应用研究是不可能坚持下来的。

  2016年6月21日,熔盐传热蓄热技术经过国内外权威专家团队的层层筛选和严格评审,从全球近百个参选项目中脱颖而出,荣获由联合国、商务部、深圳市政府共同颁发的“2016年度全球可再生能源领域最具投资价值的领先技术蓝天奖”。

  弃风弃光或谷电加热熔盐蓄热供热技术是一项具有自主知识产权的创新专利技术。该技术利用弃风弃光或谷电加热从低温熔盐罐抽出的200℃低温熔盐至500℃后放入高温熔盐罐储存起来,利用高温熔盐储存的热量实现24小时的建筑供暖和工业供热,是一种不烧煤不烧气的绿色供热技术,与热泵、固体蓄热、水蓄热供暖技术相比,该技术在初投资、运行工况稳定性、可调节性方面具有优势。

  2016年5月17日,中国可再生能源学会组织专家组对弃风弃光或谷电加热熔盐蓄热供热项目可行性进行了论证,本次论证专家组组长为中国工程院院士、全国政协常委中国科协副主席、京津冀协同发展专家咨询委员会能源环境组组长谢克昌,副组长为中国科学院院士清华大学教授过增元,专家组成员包括了何雅玲院士、胡文瑞院士、吴德绳总工、王志峰教授等13名建筑及能源领域的权威专家,专家组一致认为:熔盐蓄热式供暖系统利用熔盐作为蓄热介质,设计出电加热集中供暖系统,将夜间低价的电和弃风弃光的电转化为热能储存起来,通过系统替代燃煤锅炉进行供暖。该技术能将“煤改电”、“分时段电价”、“弃风弃光消纳”等政策相结合,可实现弃风弃光的就地消纳和电力削峰填谷,是进行燃煤替代、解决北方雾霾的有效技术途径,是国家大气污染防治行动计划、国家可再生能源消纳、电力削峰填谷等国家政策明确支持和推广的技术。这项世界级的科技创新,在解决社会难点问题的同时,也享受着多项政策的红利。



河北辛集谷电加热熔盐蓄热供热示范工程

  马教授对记者算了一笔账,“蓄热式”熔盐绿色供热,不仅是一项利国利民的技术和系统,同时也是一项具备社会效应和经济效应兼顾的投资项目。项目建设周期短,平均只需三至五个月。对投资人来讲,最具诱惑力的是,资金回收快,收益年限长,先收费,后供暖,平均30年;从建设方面来讲,占地面积小,易施工,只需燃煤供暖占地面积的十分之一至五分之一。

  2016 年,全国弃风电量497 亿千瓦时、弃光电量74亿千瓦时,如果全部消纳弃风弃光电量,则可满足6 亿平方米的建筑供暖,市场容量高达600亿元;低谷电建筑供热和工业供热市场高达1000 亿元;两者相加市场容量高达1600 亿元。

  2016年11月,由北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室暨传热与能源利用北京市重点实验室设计研发的世界首座谷电加热熔盐蓄热示范工程,在河北辛集建成并成功投入运行。示范工程从2016年11月15日投入运行到现在,已经成功运行三个月,居民用户室内温度能够稳定的维持在19~24℃,达到了国家规定的供暖标准要求。该项示范工程的成功运行标志着重点实验室的熔盐传热蓄热技术开始走向商业化应用。

  位于小区中的熔盐储能供热站由熔盐储能罐、换热器等组成。“熔盐是很好的蓄热和传导介质,熔盐供暖首要的好处就是不烧煤、零排放。”马教授说,“此项技术消减了熔盐的腐蚀性,熔盐一次性加入后使用寿命可达30年,之后可作为肥料使用,而且,相较目前农村清洁供暖煤改电、煤改气等方式,熔盐供热改造简单、成本低,占地面积小、建设周期短。”熔盐供热站仅需同等供热面积燃煤供热站占地面积的四分之一,运行维护人员也少。目前崇阳小区供热7万5千平方米,包括设计装备5个月,效率很高,只需4人。此外,改造也不需改变终端供热管道,只需更换热源即可。



北京工业大学熔盐传热蓄热试验系统

  2016年这个供暖季是崇阳小区建成第一年,熔盐供热成本每平方米为19元多,因新楼第一年供暖需要“烤楼”、耗电量较大,第二年供暖成本应该能控制在每平方米16元多。目前河北燃煤集中供暖价格基本在每平方米17元到22元,熔盐供暖价格相对具有优势。

  开发辛集项目的中投亿星红日太阳能科技有限公司李亚栋先生也表示,熔盐供暖大面积推广仍需政策支持。现在河北低谷电价为2角8分,如果可以给予更优惠的低谷电价,企业更有效益,可加快这种绿色供暖方式的推广。

  马教授表示,改变供暖方式是一项任务艰巨的民生工程,供暖技术起着决定性的作用。熔盐供暖系统是北京工业大学二百多人的技术团队支持和近二十年的研发成果汇聚而成。辛集的熔盐蓄热绿色供暖示范工程不但是国内也是全球第一个大规模(十万平方米)使用先进熔盐蓄热供暖的热能工程,是名列前茅的国际科技创新。作为全球首创,这个工程项目从正式立项到供暖实际上只有五个多月。这包括了筹资、立项、环评、审批,以及从工程设计、设备研发、设计、生产、安装施工到调试运行的全部过程。尽管没有先例可循,但在时间不足,资金紧张的情况下仍然取得了良好的成绩。如果没有北京工业大学长达近20年的先期科研和开发,没有产学研的通力合作和政府的大力支持,这样的成绩是不可能得到的。“去年进入采暖季后,民用散煤使用量大、面源污染加重成为京津冀地区重污染天气频发的重要原因。农村供暖成了大问题,辛集市共有341个村子、散煤使用量约30万吨。”辛集市环保局局长王运兵告诉记者,目前推行的农村煤改电、煤改气等清洁供暖方式成本高,而且除了一次性投入,电费、燃气等运行费用还需每年补贴,大面积推广地方财政很难承受。

  王运兵告诉记者,从崇阳小区熔盐供暖试点情况看,其供暖温度和运行情况良好,市里计划将这项技术主要用于解决农村清洁供暖问题。“今年将再选择一些分散居住的村子开展试点,继续观察其成本、运营等情况。据测算,农村分散居住的一户人家需供暖面积多在50平方米到100平方米,以一户一冬平均烧2吨到3吨煤算,也得1500元左右,与熔盐供暖价格差不多,群众可以接受。”马重芳教授也强调了把熔盐蓄热供暖技术应用于分布式供暖系统的重要性,为此要加强科学研究实现产业化的大规模发展。



北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室师生合影

  国家环保部大气司刘炳江司长、严刚处长等,河北省环保厅陈国鹰厅长、陈恩惠副巡视员、大气处戴喜明副处长等,各级政府领导先后光临熔盐储能绿色供热辛集基地视察工作。辛集市委书记邸义、市长田耀筠、副市长刘士民等辛集政府领导,先后多次带队到现场进行考察和指导,对熔盐技术给予了高度评价,并希望熔盐蓄热供热技术能在工业蒸汽供应、民用建筑供暖等方面得到大面积推广和应用。

  作为这项技术的学科带头人,马重芳教授相信它会越来越普遍地推广开来,不但能为雾霾问题的解决做出重大贡献,还可以推动相关能源装备制造业的发展。这就实现了以科技创新推进经济转型和产业化发展。

  习近平总书记在2016年12月21日下午主持召开的中央财经领导小组第十四次会议上指出:推进北方地区冬季清洁取暖,关系北方地区广大群众温暖过冬,关系雾霾天能不能减少,是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。要按照企业为主、政府推动、居民可承受的方针,宜气则气,宜电则电,尽可能利用清洁能源,加快提高清洁供暖比重。

  李克强总理在政府报告中指出,今年要实现300万户煤改电,煤改气的年终目标。北京工业大学马重芳教授团队研发的绿色供暖技术试点在河北辛集成功运行,对全国范围推广这项新型绿色环保取暖技术奠定了坚实的基础,同时获取了宝贵的成功经验。这项新型绿色采暖技术能够为国家政府煤改电、煤改气300万户年终目标的完成提供有力的技术保障,让更多的城乡居民在寒冷的冬季享受到国家政府的关爱和北京工业大学绿色采暖技术带来的舒适、安全、便捷的生活方式。

  国家政府今年完成煤改电、煤改气300万户,按照平均每家、每户100平方米左右计算,全国今年就有将近3亿平方米需要进行煤改电、煤改气的技术改造,北京工业大学马重芳教授团队研发的“熔盐蓄热式绿色供暖技术”市场巨大!

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