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1、冰浆技术最新进展及创新应用宋文吉博士、研究员中国科学院广州能源研究所中国科学技术大学 能源科学与技术学院2023中国制冷展专题研讨会2023.4.7 上海一、冰浆(Ice Slurry)技术二、新一代冰浆装备研制三、创新应用案例分享开发新能源 勇攀新高峰目录/outlines中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology冰:就在我们身边cube ice tube ice flake icecrushed/mashed ice bric
2、k ice ice ballice-on-coil ice slurry流态化高效、便利2中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology常见的三种类型冰浆B型A型500 mB型A型500 m包络化合物浆包络化合物浆(10)自来水冰浆自来水冰浆(0)No additives No solutions3二元冰浆二元冰浆(-500)Ethanol Salts Sugar中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of E
3、nergy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology制备过程:将静态相变转变为动态过程,有利于传热传质过程的强化。把固液相变界面的导热,转化为流动状态下的自然对流和强制对流 把固液相变由间壁式换热的“Surface”,转化为分散到整个体积内部的“Bulk”把固液相变材料的相变潜热,转化为Slurry流体的等效比热 把静态下的大过冷(晶核、表面改性等),转化为流动状态下的小过冷使用过程:良好的流动性,有利于冷量的存储、输送及终端利用。固液比例SPF可大范围灵活调节,为储冷密度、载冷密度的灵活调控创造了条件(二元冰
4、浆在SPF30wt%为牛顿流体,SPF60wt%为幂律流体,仍具有流动性)作为载冷剂可成倍提高载冷密度,相应地降低冷量输送的初始投资及运行能耗(水在5温差时的载冷密度21kJ/kg,10wt%冰浆的载冷密度可达84kJ/kg)Slurry 传热传质的优势4中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology1993年 SNOEK 首先开始对区域供冷系统中的冰浆输送进行了前瞻性研究丹麦技术学院(DTI)成立了一 个联合多个企业伙伴的大型合作组
5、织冰浆研究中心(Ice Slurry Center)同期,瑞士研究团队发起了名为FIFE的大型冰浆研究项目(Fine crystalline Ice:Fundamentals and Engineering),开始了对冰浆的一些基础和工程应用问题的研究1998 年IIR 创建了冰浆研究合作体(Working Party on Ice Slurry),定期组织学术和技术交流,极大地推动了冰浆技术的研究和应用 相变材料与未发生相变的流体进行配对,制备成具有流动性的浆状流体(固-液两相流),即为PCMs Slurry。5IIR每两年举办一次专题国际会议一、冰浆(Ice Slurry)技术二、新一代冰
6、浆装备研制三、创新应用案例分享开发新能源 勇攀新高峰目录/outlines中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology冰浆制取技术的基本原理0水-2过冷水0冰浆本环节只换热不相变。采用高效板式换热器,大幅提高制冷系统的换热效率,提升系统运行的稳定性。本环节只相变不换热。在绝热容器内,采用超声波器诱导促晶,彻底解决相变过程对换热过程的负面影响。充分利用水的过冷特性,在时间和空间上将换热和相变解耦,“换热时不相变,相变时不换热”,由此大
7、幅提高系统效率!换热相变分离7中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology8冰浆制备技术展示中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology部分典型工程案例(2011-2019)深圳财富港大厦:宝安深圳财富港大厦:宝安商业+综合办公楼 6256RTh商业+综合办公楼 6256
8、RTh深圳国际能源大厦:深圳深圳国际能源大厦:深圳甲级写字楼 6000RTh甲级写字楼 6000RTh深圳艺茂商业中心:罗湖深圳艺茂商业中心:罗湖商业+综合办公楼 6000RTh商业+综合办公楼 6000RTh福州宝龙万象广场:福州福州宝龙万象广场:福州综合体 10000RTh综合体 10000RTh深圳三诺大厦:深圳深圳三诺大厦:深圳综合办公楼 6000RTh综合办公楼 6000RTh康美制药:广东普宁康美制药:广东普宁厂房空调 13680RTh厂房空调 13680RTh富士康科技集:龙华富士康科技集:龙华办公楼厂房 3600RTh办公楼厂房 3600RTh宁德新能源科技:宁德宁德新能源科技
9、:宁德厂房空调 18500RTh厂房空调 18500RTh南宁东站:南宁南宁东站:南宁公共建筑 9250RTh公共建筑 9250RTh西安宜家家居:西安西安宜家家居:西安大型商场 3300RTh大型商场 3300RTh深圳联合广场:深圳深圳联合广场:深圳综合办公楼 6000RTh综合办公楼 6000RTh湖南加加食品工业园:长沙湖南加加食品工业园:长沙厂房空调 4300RTh厂房空调 4300RTh晶苑针织:东莞常平晶苑针织:东莞常平生产车间 14400RTh生产车间 14400RTh深圳奥特迅电力大厦深圳奥特迅电力大厦中央空调 3500RTh中央空调 3500RTh海南罗牛山产业园:海口海南
10、罗牛山产业园:海口办公及冷库 10800RTh办公及冷库 10800RTh已建成了22个大型建筑+15个工艺用冷工程,年移峰量超过30GWh。2019年被中国制冷学会评为“新中国成立70周年暖通空调与制冷行业70项创新成果”9中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology性能提升策略:直接蒸发制冰技术【能效提升思路】新型直接蒸发制冰技术:制冰系统与制冷系统集成,进一步简化系统,实现电-冷转换(制冰)装备的高度集成化和模块化,提升蓄冷系
11、统性能,增强场景适应性。10中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology产品化开发序列11中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology目前已完成开发的直接蒸发式冰浆机组型谱撬块化单机组型5000240030005000300035006500300035007500300
12、03500000一体化集装箱式/撬块化单机组型系列12中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology直接蒸发式机组R717(氨)制冷剂机组:最大单机制冷量(24h产冰量):900kW(180t)系统最大运行COP:4.5(配蒸发式冷却塔)R22和R507a制冷剂机组:最大单机制冷量(24h产冰量):700kW(144t)系统运行COP:4.0(配蒸发式冷却塔)系统运行COP:3.6(配普通水
13、冷却塔)两种冰浆制备技术的对比13间接蒸发式机组性能由第三方制冷主机厂家决定:双工况螺杆机:选型容易、新建/改造都可系统设计COP:空调工况(70%75%)双工况离心机:单机容量大,可规避喘振区可以一拖多运行,COP:空调工况(70%75%)一、冰浆(Ice Slurry)技术二、新一代冰浆装备研制三、创新应用案例分享开发新能源 勇攀新高峰目录/outlines储能技术研究室Laboratory of Energy Storage Technology15中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS 电力驱动的蒸汽压缩循环,提
14、高蒸发温度有利于提升制冷机组性能。冰浆比冰球和冰盘管的能耗降低20%以上。技术优势-制冰能效高、设备紧凑蒸发温度冷凝温度-6-12-5盘管/冰球冰浆15储能技术研究室Laboratory of Energy Storage Technology16中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS冰浆的比表面积是冰球和盘管的100倍以上!融冰速度快、负荷响应灵敏,可满足任何建筑的负荷变动需求。动态响应特性好,可实现电力调峰的快速响应。技术优势-放冷速度快、负荷响应好时间冰球/盘管冰浆蓄冷放冷速率(RT)放冷能力蓄冷能力4倍解耦!16
15、16储能技术研究室Laboratory of Energy Storage Technology17中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS技术优势-可流动性好、易维护 蓄冰槽中无冰球和盘管,空间利用率高。冰浆具有流动性,对蓄冰槽形状无特殊要求,可以利用现有的各种地下室、停车场、现有水槽等。球体/盘管占用空间蓄冷槽冰球/盘管流态化冰浆占地面积减小20-30%空间利用率50%空间利用率70%施工及维护更加便捷!异形槽17中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,
16、CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology应用场景1-乳品工艺冷却冰浆技术巴氏鲜奶生产工艺的最佳0冷源解决方案!18中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology灵活的设备安装占地设备高度集成,地下、地面、天台、露台等均可安装放置,无需专用机房,特别适合中小型规模建筑简单的多联机组合多个标准化型号机组的任意互联组合,灵活扩容;末端采用常规水循环系统,风机盘管、组合风柜、新风机
17、组控制简单维保成本低应用场景2替代风冷模块多联机19优异的系统能效比 4.0(配蒸发式冷凝器)、3.6(配常规水冷却塔)(35/27环境,包含泵/塔等耗电)结合峰谷电价夜间谷电蓄冷,可进一步显著降低空调运行电费部分负荷的最佳解决方案、永远运行在高效工况点自带蓄冰槽,或者处于满负荷高效工况点运行,或者停机,无部分 负荷工况,大幅提升综合运行效率 新业态催生了众多小型精装办公空间,空调系统的特点是无主机房、逐时负荷波动大、缺少专业人员运维等 传统的分体机方案成本高、能效低;VRV多联机方案工期长、部分负荷性能低等中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy C
18、onversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology广州大夫山某室内玩雪场制冰场(采用55kW直接蒸发式动态冰浆机组制取)冰浆连续收集装置应用场景3消耗用冰20 代替各类传统制冰机,以更低的能耗和更高的产冰速度制冰,满足各类消耗用冰,如人工冰雪娱乐场、水产市场、超市生鲜档、近海捕捞蔬菜快速预冷及冷藏保鲜(冰浆浸泡或干冰包裹)中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technolo
19、gy应用场景4-冰浆管道清洗21中国科学院广州能源研究所Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS储能技术研究室Lab of Advanced Energy Storage Technology致 谢 关键技术研发得到了中科院青促会、先导A、重点研发等项目的资助 技术创新应用示范得到了以高菱为代表的行业同仁的鼎力支持和结伴同行 正在进行的持续创新,诚邀有识之士携手共进,为产业技术发展贡献力量22Thanks for your attention宋文吉(博士,研究员)中国科学院广州能源研究所 储能技术研究室 副主任中国科学院大学 能源科学与技术学院 硕士生导师(微信同号)滴水成冰焓值美,移峰填谷赋新能。风华正茂二十载,守正拓新科苑人。2022.9.6 于广州