德国制造热电池:冬天里的一把火
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  2012年11月的一个冬夜,中国湖北省襄阳市欧庙镇黄龙观种场。

  已经连续下了一周的绵绵细雨,空气格外潮湿。60岁的刘老汉挥动着关节肿大的手,招呼一家人围坐在木炭盆旁看电视。木炭盆上搭着一个木头做的四方架子,架子上是一块方方正正的棉被。这是襄樊当地,乃至中国南方世代相传的一种取暖方式。

  如今,随着电取暖器和空调的普及,木炭取暖在中国南方逐渐消失。

  (电取暖器和空调)还是没有木炭的效果好。主要是南方没有暖气。刘老汉早年间在北方打过工,他始终觉得南方用的电暖气太过干燥还特别耗电,空调更是因在潮湿气候里表现不佳而早早的被他舍弃。

  刘老汉的小女儿手上拿着一个暖手宝。这是近年来刚刚开始流行的一种取暖器具,还是刘老汉在北京工作的儿子寄回来的。

  由于没有暖气,中国南方的每一个冬季都是湿寒渗骨的,长冻疮、患风湿性关节炎的老年人明显多于北方。

  不过,这一情况或许将随着德国图林根州HM散热器制造公司总经理克里斯蒂安莫(Christian Muhr)的中国之行而有所改善。

  热电池的创意来源于暖手宝。 50岁的克里斯蒂安莫说。2012年11月23日,他带着负责法国市场业务的女儿瓦雷阿努依奥阿娜来到北京,长安街旁北京饭店的一家咖啡厅里,几位中国市场的客户正等着他们。

  亚麻发色的克里斯蒂安莫有着中国人标准里的高大身板,说起话来却细声细气,以至于总要低低的倾一下腰,好像这样更加能够让人听清楚他低速的声音,为了尽可能解释明白热电池的原理,他特地带来了中德两位翻译。

  自从30年前完成法律专业的学习后,克里斯蒂安莫就一直在德国最大的家族企业里工作,这是一家从1962年开始就生产钢制散热器的公司。到了1994 年,在德国的丁根施塔特,克里斯蒂安莫负责的专门从事高品质品牌散热器生产的HM散热器制造公司正式投产。至今,HM公司生产的散热器已经超过了500万组。

  正是基于这样的基础,以盐作为存储介质来存储热量,由位于德国鲍茨内耳的Rawema Countererade产品研发公司和HM散热器制造公司共同开发研制,热电池被制造了出来。

  之前在接受德国MDR电视台的采访时,克里斯蒂安莫说,两年前,当热电池创意的发明者第一次来拜访他的时候,他的第一个反应就是,这可能又是一个疯狂的人来推销他疯狂的创意,并且要寻找一个疯狂的投资者。

  但是双方接触后,对方的创意打动了他。

  经过两年多的基础研究,目前热电池研发工作已经进入了最后的冲刺阶段。到2011 年底,产品和制造技术将为批量生产做好准备。在Rawema 公司总经理安德利亚斯高尔普斯看来,热电池有着巨大的潜能:热电池处于一个充满希望的发展开端,就相当于80年代初的风涡轮机。

  塑料暖手包里装的是液态盐和一个金属片。只要捏一下金属片,液态盐就开始了晶体化的过程。这时候,热手包的温度就开始上升,达到56 ℃。等到完全冷却后,热手包里的盐就变成了固体。如果我们把它放进沸水加热,热手包里的盐就又变成了液体,直到再次捏动金属片,发出释放热能的指令为止,它会一直以液体的形态存在。克里斯蒂安莫说。

  实际上,这种储存并释放热量的原理,并非新的创意。但是长期以来一直无法解决的问题是,如何有效地储存热能,又如何最大化地发挥这种热能的效用。

  按照HM公司的研究,热电池由热源、一个可变数目的潜热储存、控制单元和热交换器构成。研发者最终的理想构想是,既要有足够的能源可用,又要避免在热量的储存方面使用化石能源。

  如果用热电池同蓄电池做一个比较,那么,蓄电池是用来蓄电放电,循环往复;而热电池是用来储热放热,循环往复。二者的工作过程大致相同,都是摄入能量,放出能量,但是一个摄入放出的是电能,另一个摄入放出的是热能。在这个意义上来讲,热电池和电毫无关系。我们所说的给热电池充电,其实就是指把热能储存在热电池里面。

  在日照充足的日子里,太阳能所产生的能量远远大于我们的需求。同样,风能也会产生过剩的能源。甚至热电厂、工厂、垃圾焚烧厂等。在夏季,因为供大于求,所以大量的余热都被白白浪费掉了。热电池最大的优势就在于,它可以把这些过剩的热能储存起来,一直到我们需要它的时候,再把它释放出来,用它来加热暖气或者生活用的热水。

  克里斯蒂安莫拿出随身带的ipad,打开图画板,用红、黑、绿三种颜色标注着储能释放的过程:全年供热过程可分为3个阶段。第一阶段(5 月1 日至11 月15 日):太阳能集热器提供所需要的热量和热水,并给潜热储存装置储存能量。到本阶段结束时,储存装置至少可以蓄满95%的能量;第二阶段(11 月15 日至3 月15 日):所需要的热量将由潜热储存提供(每个储存罐约10 千瓦/小时)。其中,一部分热水和供暖来自太阳能集热器和不间歇地充蓄能量的潜热储存。在一般情况下,能量需求量约为20 千瓦时/天,假如冬季长期没有日照,有可能需要在本阶段的末期使用增强功能;第三阶段(3 月15 日至4 月30 日):热量需求和热水可以通过太阳能集热器和潜热储存共同提供。

  就广义而言,热电池是指一套完整的设备,它包括能量来源、潜热储存系统和热量分配。就狭义而言,热电池实际上是指潜热储热系统,即潜热储存 + 热量分配 + 热量控制。

  热电池的概念既是指由若干储存容器组成的集合体,也是指单个的储存容器。储存介质被储存在容器中,换热器、储存器外壳和其他所有与盐混合物接触的材料,均采用不锈钢材(3476,-22.00,-0.63%)质。存储介质为醋酸钠,它不会对环境构成任何危害。

  热量分配可通过传统风格的散热器或者平面散热器/地热散热器来进行。增强功能提供了这种可能性,在需要时,可以通过混合型散热器使用常规能源同时供暖。热电池可以配置为全天候供热,也可以根据情况配置为部分供热。配置为全天候供热时,应根据最坏的情况和最好的情况分别加以考量。所谓最坏的情况,就是要将冬季时间设想为最长,还要再加上相应的保险系数。在这种情况下,所需要的投资要比按照最好情况的设置多30%-40%。如果按照最好的情况来配置,则需要有增强功能,以便在需要时可以采用常规能源同时供热。

  基于这样的想法,蓄热过程所必需的热量可以计划由太阳能光热系统提供,也可以是热电厂余热或工业余热。

  这实际上是对过剩能源的再利用。借助两位翻译,克里斯蒂安莫准确地解释着热电池的原理和功用。热电池在热量储存上的突破,在于它采用了模块的方式。一个装满盐的密封罐,就是一个模块。热电池没有固定的大小,它可以由几个模块组成,也可以由几十个,上百个,甚至更多的模块组成。所以,热电池可以根据建筑物的大小、根据安装地点的日照情况,根据在多大程度上依赖热电池来取暖和加热生活用水的打算,来确定模块的数量。而且既然是模块,所以可以随时根据需求来增加模块数量,而且如果一个模块发生故障,也便于维护保养。

  模块化究竟还有什么优点呢?克里斯蒂安莫解释道,可以按照需求来决定应该释放多少能量。这是以前的研发者所无法做到的。暖手包,你只要给它一个释放热能的指令,它就将塑料袋里的液体盐全部变成了晶体。液体盐的储存罐也是如此,不管罐子是大还是小,只要给它一个释放热能的指令,它就会将整罐的液体盐全部变成晶体,释放出全部热能。这些热能如果不能全部派上用场,那就会被白白地浪费掉。打个比方,模块化就像是把食物分成份饭,每顿取食一份。而过大的容器就像是一顿必须将一锅饭吃完,吃不完就必须倒掉。

  此外,模块组合的方式更有利于在过渡季节和冬季储存热能。夏天,日照的天数多、时间长,所以热电池有足够的时间来把晶体盐熔化为液体,将热能储藏起来。但是在过渡季节和冬季,日照时间短,而且云霭天气也多。在这种条件下,模块(储盐罐)因为其合理的容积,可以在较短的时间完成熔化储热的工作。

  打个比方,我们给10个人烧开水,一杯一杯地烧,第一,每一杯所需要的时间短,第二,即便火力减弱,无法让每个人都喝到开水,但是最起码其中有几杯水已经烧开了。没有烧的那几杯水,明天可以接着再烧(这就像10 个模块,一个一个地让它储热,虽然无法让10个模块在日照消失之前都完成把晶体盐变成液体盐的储热工作,但是最起码其中的几个模块可以做完工了。其他的模块可以明天继续)。假如给10 个人烧一锅开水,如果火力足够,那大家皆大欢喜。如果火力太弱,不能把水烧开,那么今天大家谁也没有开水喝。只好明天重新点火,重新开始把冷水加热的过程(如果不是模块,而是一个大储存罐,今天没有能够把所有的晶体盐熔化为液体,只能明天再重新加热,这个过程和昨天一样长)。

  10年前,我第一次来中国,看到人们对暖气的使用还是一种比较浪费的方式。有些人家里供暖太热,就将窗户打开降低温度,这完全就没有考虑到供暖所消耗的能源。那个时候,我也没有看到供暖设备上有可以控制温度、调解供暖程度的方式。 发现问题,克里斯蒂安莫实际上也就发现了市场。

  2001年,在中国大连,HM公司成立了一家合资企业大连海鑫散热器制造有限公司。

  尽管这是一家中方控股的企业,但是,大连海鑫就是HM,HM公司就是大连海鑫。克里斯蒂安莫比画着手势强调道。我们的散热器是在德国批量生产。德国制造就是我们的品质保证。

  德国品质,中国市场。这是克里斯蒂安莫对公司未来发展的寄托。中国政府在近年来,对生态环境、节约能源以及绿色环保方面的规划越来越多,展现给世界的决心也非常大,实际措施和政策也很有力度。中国将可能成为HM公司最大的出口市场。

  在HM公司的网站上可以明显地发现,这个极其简约却又赋予丰富内容的网页上方,7面国旗代表7个不同国家的语言,中国在第五位,排在德、英、法、俄罗斯之后,在横跨欧亚两洲的土耳其和毗邻德国的比利时之前。

  近年来,中国不断提高对新能源和节能降耗的重视,也让HM公司对中国市场越来越重视。

  中共十八大会议上,时任中共中央总书记的胡锦涛在报告中提到要节约集约利用资源,推动资源利用方式根本改变,加强全过程节约管理,大幅降低能源、水、土地消耗强度,提高利用效率和效益。推动能源生产和消费革命,控制能源消费总量,加强节能降耗,支持节能低碳产业和新能源、可再生能源发展,确保国家能源安全。

  我们预计热电池的需求量在中期内会迅速增长。我们当然会跟进在主要市场就近建立生产基地的工作,在某些的情况下,也可以考虑采用授权生产的方式。克里斯蒂安莫这样说。

  克里斯蒂安莫认为,尽管德国在太阳能实际利用方面走在中国前面,暖通专业技术人才较多,中国在这一领域的人力资源暂时还不够。但是,中国有一个最重要的方面是,中国人观念的转变比欧洲人要快。

  现在浪费能源的人越来越少,中国老百姓也已经有了节能减排的意识。 10年中,克里斯蒂安莫对中国的印象每一次都在改变。中国用30多年的时间做到了很多欧洲上百年时间才做到的事。这就是源于观念的转变。

  我们充满了对中国新能源政策的期待,但是要改变中国消费者观念还需要重视三个方面。克里斯蒂安莫认为。首先要让消费者知道能源从哪里来、还剩多少,要让消费者具有能源危机意识。其次,应当通过可以直观感受的方式和工具,例如可以控制每个单独房间供暖的阀门,让消费者知道正在消耗的能源和所需要承担的费用,培养合理消费的观念;最后,也是最为重要的是,政府在制定鼓励使用新能源、可再生能源的政策时,要清楚地让消费者知道,能源节约使用的现状、目的、将来和如何控制。

  从节能环保的视角来看,克里斯蒂安莫认为热电池的意义在于:首先,在热能的取得方面,它可以帮助我们部分或者全部摆脱对石油化工能源的依赖。这里面当然有一个成本的问题。如果要全部不依赖石化能源,那就需要按照最冷的冬季、最少的日照的条件来确定模块的数量。当然模块越多,成本就越高。如果按照正常的冬季气候,即按照最好的情况来设置热电池,所用的模块数量会减少,自然成本也会跟着降低。但是万一这个冬季天气比预想的要糟糕,就有可能出现这种情况采暖期还没有结束,但是热电池因为这个冬季日照不足无法充电,而上一个夏季储藏的热能也将告罄。所以,如果按照正常的冬季来设定热电池的大小,就要考虑到相应的补救措施,比如采用电水两用的散热器、备用的壁挂炉或其他可以加热的设施度过采暖季的最后几天。

  其次,如果要把热能储藏在盐里面,首先必须给盐加热,让它变为液态盐。而这个加热的过程需要能源。要么是电,要么是油,要么是燃气。而热电池可以帮助我们摆脱电网、输送油气的网络的约束,因地制宜地解决储存热能所需要的能源。小到一家一户,大到一个小区,一个村镇,都能在热电池的帮助下,充分利用当地过剩的能源,以达到分散储存热能的目的。

  这样,就再也不会出现供暖过热打开窗户降温的情况了。克里斯蒂安莫对帮忙将HM公司网站翻译成中文的中国朋友杨耘说。

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