Электрические погружные нагреватели: ключевой фактор создания систем тепловой энергии, готовых к использованию возобновляемых источников энергии

Обзор: Роль электрических погружных нагревателей в системах возобновляемой энергетики

Электрические погружные нагреватели (EIH) — это простые резистивные устройства, которые преобразуют электрическую энергию в тепловую непосредственно внутри жидкости или тепловой среды. Несмотря на простоту конструкции, они являются мощным средством интеграции переменных возобновляемых источников энергии (ПВИЭ), таких как ветер и солнечная энергия, в энергосистемы. Преобразуя излишки электроэнергии в полезную тепловую энергию по требованию, EIH сокращают сокращение, обеспечивают гибкую нагрузку для балансировки сети и создают недорогое хранилище тепла, которое может отделить спрос на тепло от времени выработки электроэнергии.

Как EIH обеспечивают гибкость энергосистемы

Поглощение излишков возобновляемых источников энергии

Когда ветровая или солнечная генерация превышает непосредственный спрос на электроэнергию, сети традиционно сокращают производство или экспортируют его по низкой стоимости. EIH могут быть отправлены для поглощения этого излишка путем нагревания воды, масел или материалов с фазовым переходом. Крупногабаритные погружные нагреватели, подключенные к резервуарам или термальным банкам, действуют как управляемые поглотители, которые преобразуют прерывистое электричество в накопленную тепловую энергию с высокой эффективностью в обоих направлениях и минимальной сложностью.

Реагирование спроса и вспомогательные услуги

EIH подходят для автоматизированных программ реагирования на спрос. Объединенные на многих объектах, они обеспечивают быструю и надежную модуляцию нагрузки, помогая сбалансировать частоту и управлять краткосрочными дисбалансами. Реагируя на ценовые сигналы или прямые команды оператора сети, погружные нагреватели могут предоставлять вспомогательные услуги, такие как резервная мощность и сглаживание скорости изменения мощности, без серьезных изменений в инфраструктуре.

Применение: где погружные нагреватели приносят пользу

Бытовое и коммерческое хранилище горячей воды

В домах и коммерческих зданиях EIH в сочетании с изолированными баками для горячей воды действуют как недорогие тепловые батареи. В периоды высокой производительности возобновляемых источников энергии или низких цен на электроэнергию обогреватели повышают температуру резервуаров; запасенная горячая вода используется в дальнейшем для отопления помещений, санитарно-гигиенических нужд или технологического горячего водоснабжения. Такой сдвиг во времени снижает пиковую потребность в электроэнергии и снижает счета за электроэнергию, одновременно увеличивая использование возобновляемых источников энергии.

Промышленное технологическое тепло и теплоаккумуляторы

Промышленности часто требуется тепло от низкой до средней температуры, которое эффективно обеспечивают погружные нагреватели. Интегрированные с теплоаккумуляторами, EIH позволяют фабрикам использовать энергоемкое отопление, когда возобновляемые источники энергии в изобилии. Таким образом, такие отрасли, как пищевая, текстильная и химическая промышленность, могут адаптировать свою деятельность к доступности возобновляемых источников энергии, сокращая зависимость от ископаемого топлива и эксплуатационные расходы.

Централизованное теплоснабжение и коммунальная энергетика

Системы централизованного теплоснабжения могут использовать большие резервуары для воды с погружным подогревом в качестве сезонного или дневного хранилища для сбора возобновляемой электроэнергии. Тепловые банки в масштабе сообществ сокращают потребность в газовых пиковых котлах, обеспечивают устойчивость к скачкам цен на электроэнергию и способствуют интеграции местных ветровых и солнечных ресурсов в тепловые сети.

Технические соображения для эффективной интеграции

Стратегия управления и коммуникация

Интеллектуальное управление имеет решающее значение: EIH должны быть объединены в сеть, чтобы получать сигналы о ценах или сети, определять приоритеты теплового спроса и избегать ненужной цикличности. Простые алгоритмы, использующие прогнозы погоды, прогнозы производства возобновляемых источников энергии и структуру занятости, оптимизируют работу обогревателей. Открытые коммуникации (например, Modbus, MQTT) позволяют агрегаторам управлять парком EIH как виртуальными электростанциями.

Размеры теплоаккумулятора и качество тепла

Очень важно правильно подобрать размер хранилища, чтобы он соответствовал ожидаемым избыточным событиям. Проектировщики должны учитывать температурную стратификацию, тепловые потери и требуемые температуры на выходе для конечного использования. Использование подходящих сред хранения — воды для низкотемпературных нужд, термомасел или материалов с фазовым переходом для более высоких температур — максимизирует ценность и эффективность.

Безопасность, стандарты и жизненный цикл

Надлежащее проектирование направлено на устранение накипи, коррозии и электробезопасности. Погружные нагреватели должны соответствовать местным электротехническим стандартам, а режимы технического обслуживания должны предотвращать загрязнение элементов. Учет выбросов в течение жизненного цикла и возможности вторичной переработки компонентов обогревателя гарантирует сохранение общей экологической выгоды от сочетания EIH с возобновляемыми источниками энергии.

Сравнение вариантов тепловой электрификации

Лучшие практики и этапы реализации

• Оцените местные профили возобновляемых источников энергии и определите прогнозируемые избыточные окна для соответствующего определения размера теплового хранилища.
• Интегрируйте интеллектуальные элементы управления, которые могут отслеживать сигналы сети и сигналы цен на электроэнергию в режиме реального времени для автоматического диспетчеризации.
• Спроектируйте хранилище со стратификацией и изоляцией, чтобы минимизировать потери и поддерживать требуемую температуру на выходе.
• Объедините EIH с другими мерами гибкости — управлением спросом, аккумуляторными батареями или тепловыми насосами — для оптимизации экономики.
• Реализуйте пилотные проекты в коммерческом или районном масштабе для проверки средств контроля, принятия клиентами и бизнес-моделей.

Заключение: практический путь к декарбонизации

Электрические погружные нагреватели представляют собой прагматичную и недорогую технологию, ускоряющую интеграцию возобновляемых источников энергии. Их высокая эффективность преобразования, простота установки и совместимость с накопителями тепла делают их особенно эффективными при поглощении переменной генерации и предоставлении сетевых услуг. В сочетании с интеллектуальным контролем, правильным выбором размеров и поддерживающими рыночными сигналами EIH помогают отделить спрос на тепловую энергию от поставок электроэнергии в режиме реального времени, сокращая сокращение выбросов, снижая выбросы и улучшая экономику проектов возобновляемых источников энергии. Для коммунальных предприятий, управляющих промышленными объектами и операторов зданий, которые ищут практические шаги по декарбонизации, аккумулирование тепла с погружным подогревом является практически осуществимым и эффективным решением.