[科普中国]-热电耦合

热电耦合的机理（1）中长期机理

热电联产系统的中长期热电耦合机理主要是指用户所关注的热电联产系统中长期运行时的经济性、环保性与节能性等等问题。如何保证在达到规定的负荷需求下，可以减少投资成本和运行、维护费用，减轻对环境的污染，减少一次能源的使用是中长期互补特性研究的重要问题1。

（2）短期机理热电联产系统的短期耦合机理，主要是指该系统的调峰特性。即在电网用电高峰期，尽量减少采用电能进行制热；而在电网谷期，可以使用电能进行制热满足当前的热负荷需求，除此之外，由于谷期电价较低，可以充分使用这期间的电能进行制热，然后进行蓄能，以备电网高峰期使用。

电热转换常见设备（1）空调系统空调系统制热是和空调系统制冷相反的一个过程，室外机冷媒被压缩机加压，成为高温高压气体，进入室内机的换热器（此时为冷凝器），冷凝液化放热，便成为液体，同时会将室内空气加热，从而达到提高室内温度的最终目的。而液体冷媒经节流装置减压，进入室外机的换热器（此时为蒸发器），蒸发气化吸热，成为气体，同时吸取室外空气的热量（室外空气变得更冷）。成为气体的冷媒再次进入压缩机开始下一个循环。正是基于以上一个过程，实现了空调的制热。

（2）地源热泵地源热泵的制热过程同样和制冷过程相反，将陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能）实现由低品位热能向高品位热能转移。地源热泵将室内的冷空气能量输入到地底，与地下水、江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等各类水资源以及土壤源等进行冷热交换，实现室内的制热过程2。

（3）电储热锅炉电储热锅炉采暖就是以电锅炉为热源，利用供电电费峰谷差值，在供电谷值时段，以水为加热热媒进行加热，并将其储存在蓄热水箱中，在供电高峰时段关闭电锅炉，由储存在蓄热水箱中的热水向采暖系统供热采暖。这样，它既能使用削峰填谷，又可充分利用廉价的低谷电价，达到经济运行的目的，使用户和供电部门都能从中得到实惠。电储热锅炉由电锅炉本体、电锅炉控制柜、保温式蓄热装置、循环泵、水处理装置等组成，电储热锅炉无燃烧反应，不排出有害气体、无污染、无噪音，是各种取暖锅炉污染最少的；同时工作在用电低谷时间段，运行费用低；热效率高，达到96%以上。

热电耦合的效果分析（1）中长期耦合机理分析热电联产系统的中长期耦合机理分析的主要研究问题是在满足约束条件的前提下，达到经济性、节能性和环保性等等运行目标。考虑到分时电价、设备的维修使用成本、一次能源的价格、系统运行排出的碳化物与硫化物的数量等等因素，制定运行策略。如图1为某一系统的热负荷供给示意图。

（2）短时耦合机理分析热电联产系统的短时耦合机理分析的主要研究问题是在保证系统与电网联络线电功率恒定情况下，如何通过热电储能装置优化匹配实现功率实时自趋平衡。随着用电负荷的持续增加，各控制区域负荷的需求各异，区域电网间出于各自稳定性和经济性的需求，必须协议联络线传输的功率值。当系统发生负荷扰动时，能实现维持联络线功率为设定值的目的。

对于实时的互补特性分析，将以电网联络线电功率恒定为主要目标进行分析。如图2为某一典型的电网联络线自趋平衡示意图。图中的实时功率为系统的实时负荷波动，但考虑到系统的经济性和稳定性，这样的波动会使电网大幅度波动而导致费用剧增，因此需要对此负荷需要调节，以使负荷趋于联络线的额定功率，如图中的自趋平衡功率线所示，经过合适的设备匹配可以达到如此的效果。但是这样仍然不会完全和联络线额定功率线重合。

图中，低于联络线额定功率的部分，就需要增加负荷，即可以将电能进行储存或者利用电能进行制热并将其储存，以满足电网联络线功率需要；在高于联络线额定功率部分，就需要降低负荷的使用，以减小电网的高峰，所需的电力由储能装置进行补充，这样的互补方式和调节方案可以满足实时功率条件下的电网联络线功率保持恒定值3。