蓄热技术在聚焦式太阳能热发电系统中的应用现状
作者:左远志丁静杨晓西聚焦式太阳能热发电系统（CSP）利用集热器将太阳辐射能转换成高温热能，通过热力循环过程进行发电。作为一种开发潜力巨大的新能源和可再生能源开发技术，美国等国家都投入了大量资金和人力进行研究，先后建立了数座CSP示范工程，目前该项技术已经处于商业化应用前期、工业化应用初期。CSP 只利用太阳直射能量，不接受天空漫辐射。由于太阳能的供给是不连续的，一部分CSP系统采用蓄热技术来保障有效使用和提供时间延迟，另一部分CSP系统采用燃气等作补充能源。这种混合动力技术可提供高价值的、可调度的电力。
CSP系统依其集热方式的不同，大致分为槽式、塔式、碟式3种。槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内传热工质加热，直接或间接产生蒸气，推动常规汽轮机发电。塔式系统是利用独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，以产生很高的温度。碟式系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到高温，驱动发动机进行发电。
槽式系统的技术已经成熟，正处于商业拓展阶段，基本上没有技术和经济风险。美国加州有9个SEGS（Solar Electric Generating system）采用槽式系统，已运行15年，目前运行状况更好，最大输出功率354 MW，采用混合动力：75％太阳能，25％天然气。但蒸气最高温度375℃，太阳能日效率20%,年效率15％。槽式系统是目前均化成本（LEC）最低的CSP系统，是美国能源部近期计划推荐的优选项目。在西班牙、印度、埃及、希腊、墨西哥、摩洛哥、南非等国家都有不少槽式系统的示范工程。
塔式系统正处在研究其商业化可行性的阶段。一些国家着手建立大容量的、参加电网统一调度的示范工程。（1）美国从1980年开始相继完成Solar One、Solar Two两个10MW级塔式CSP后，2002年与西班牙合作，在西班牙建造一个15MW级Solar Tres塔式CSP，预计2006年完工，这是第一个真正商业运作
的项目。该项目的定日镜组是Solar Two的3倍大，定日镜的性能大幅提高，但制造成本却下降了45%；它还采用了一个120MW.t高温集热器，热流能力更强，热吸收效率提高了3%；同时也采用了一个巨大的蓄热系统，贮存6250Mt 的硝酸熔融盐，总容量600MW?h，可维持16h。由于采用了许多先进技术，预计年发电效率将提高6%，年利用系数将达到65％。（2）南非ESKOM公司准备建造一个100MW级塔式CSP，目前可行性报告己经出来。还有一些国家也建立了或正在建造塔式CSP，但规模不够大，技术也未达到商业级应用水平。由于塔式CSP工作温度可超过l000℃，太阳能效率通常比槽式高些，日效率可达23%，年效率20％。
一般地，槽式与塔式CSP系统可能不具备分布式发电的经济性特点和潜在优势，这是因为：
（l）目前的发展策略集中在50MW以上的大系统，这对大多数分布式能源负荷场合显得过大；
（2）系统的安装需要大量的土地，而分布式能源是一个位于用户端或靠近用户端的能源利用设施，而这些用户端附近很难提供大量的土地；
（3）供气和电力输出的基础设施建设必须与当地供气／电力公司的输配系统相关联，独立性不强。这些特点决定了槽式与塔式系统将与传统的一些中央发电系统竞争，但由于CSP系统的最大功率输出通常与当地电网用电高峰一致，所以，CSP特别应用于电力削峰。
槽式与塔式系统的发电成本依赖聚光面积规模，即装机容量，如50MW槽式电站的发电成本只有10MW电站的50%，因此建立大规模太阳能热发电站是降低太阳能发电成本的趋势和必要途径。
美国Sandia国家实验室预测，到2015年前后，槽式与塔式系统的均化成本分别约为5美分／度与4美分/度，到2020年前后，槽式与塔式系统的均化成本分别约为4.3美分/度与3.5美/度，应用前景和竞争力可想而知。
以点聚焦的模块化的碟式系统输出功率规模可从2～50kw，适用于分布式能源系统。输出功率25kW的碟直径10m，目前最先进的是碟式嘶特林系统，工作温度750℃，太阳能日效率27%，年效率23％。但初装费用几乎是其他两种
CSP的2倍，MTBF（平均故障间隔时间）值尚不能满足可靠性运行要求，在远距发电方面又受到光伏电池的竞争，后者的安装与运行维护成本低得多，因此离市场化还比较远。
众所周知，蓄热（TES）技术是合理有效利用现有能源、优化使用可再生能源和提高能源效率的重要技术。蓄热技术主要应用于以下3个方面：（l）在能源的生产与其消费之间提供时间延迟和保障有效使用；（2）提供热惰性和热保护（包括温度控制）;（3）保障能源供应安全。
CSP优于光伏发电一项重要特点就是能采用相对经济的TES技术，蓄电则非常昂贵。CSP系统中采用TES技术的目的是为了降低发电成本，提高发电的有效性，它可以实现：（l）容量缓冲；（2）可调度性和时间平移；（3）提高年利用率；（4）电力输出更平稳；（5）高效满负荷运行等。例如一塔式CSP 系统，如果无蓄热装置，年利用率只有25%，有则能提高到65%，且不需要燃料作为后备能源。因此，TES技术将是CSP成功走向市场化，能与传统电力相竞争的一个关键要素。
1 CSP系统中的蓄热技术
先根据TES的机理，分别介绍CSP系统中的显热蓄热、相变蓄热及化学反应蓄热。再讨论TES的一般设计原则。
1.1显热蓄热
CSP中的显热蓄热是目前技术最成熟且具有商业可行性的蓄热方式。显热蓄热又分为液体显热蓄热、固体显热蓄热、液-固联合显热蓄热3种。
1.1.1液体显热蓄热
槽式系统带TES装置通常有两种布置形式：图1的槽式系统常采用合成油作为传热介质（HTF）,熔融盐液作为显热蓄热材料，HTF与蓄热材料之间有油-盐换热器，这种布置称为间接TES。图2的槽式系统采用熔融盐液既作为HTF 又作为显热蓄热材料的方式，无油-盐换热器，这种布置称为直接TES。后者的优点是可以减少一个换热步骤，避免了HTF与蓄热材料之间的不良换热，而且适用于400～500℃的高温工况。但后者也面临一个问题：槽式CSP的管网系统是平面布置，且管道多，管内的HTF不容易排出，又由于熔融盐的凝固点通常高于120℃，当采用熔融盐液HTF时，就得使用隔热和伴随加热的方法防止冻
结，这样导致初期投资与运行维护成本过大；以前也选用矿物油作为HTF/蓄热材料时，不存在冻结问题，但由于矿物油的温度不能高于300℃，否则易分解，这样限制了槽式系统的工作温度不能超过300℃，导致效率比较低；当然也可以选用合成油作为HTF/蓄热材料，但其价格没有熔融盐那么便宜，实际上不用于蓄热材料，而且合成油的温度也不能高于400℃，这自然也限制了槽式系统的工作温度不能超过400℃，但间接TES综合考虑了防冻与蓄热材料成本问题。SEGS槽式系统中分别应用了此两种方案进行了现场实验，后者显示了后来居上的发展潜力，特别是高温工况的应用为朗肯循环效率提高到40%创造了条件。但前者的研究、应用和技术相对成熟些，已经显示了TES为槽式系统带来的好处。
塔式系统带TES装置通常采用了图3的布置形式，图3也是Sular Two与Solar Tres塔式CSP的示意图。塔式系统采用熔融盐液作为HTF/显热蓄热材料的方式，这是因为塔式系统的管网系统绝大部分是竖直布置在塔内，管内的HTF容易排出，解决防冻问题的成本不大，而且其工作温度比槽式系统高，因此该方案对塔式系统几乎是唯一的选择。
为了弥补单一蓄热物质的劣势，常采用合成物或共晶混合物。例如Solar Two系统采用60%NaNO3+40%KN03的硝酸盐混合物，其熔点为220℃，到600℃还能保持热稳定性；SEGS槽式系统分别采用过了二苯基氧（Therminol VP-1）、Hitec（53%KNO3 +7%NaN03+40%NaN02）、Hitec XL（45%KNO3 +45%Ca（N03）2 +7%NaNO3）等。CSP系统中常见的HTF或液体显热蓄热材料见表1。
其实，HTF采用合成油或熔融盐都不是特别理想，合成油因其分解温度低，无法应用在提高槽式系统的工作温度（如超过450℃）来获得高效率的场合；而熔融盐因其熔点高，在冬天或晚上易冻结，保证其处于液态需要高的运行成本。于是一些室温离子液体（room temperature ionic liquid ,RTIL）成为目前比较理想的HTF/液态显热蓄热二合一材料。离子液体的熔点低，液程宽，没有可测量的蒸气压，不可燃，热容量大，低黏性，热稳定性好，无挥发性，导热系数大，具有优良的动力学可控性，更重要的是离子液体价格便宜且易制备，可通过选择适当的阴离子或微调阳离子的烷基链，改善离子液体的物理性
质和化学性质，这些特点引起了大家的注意。例如一种［C4mim］［BF4］离子液体的液程范围为-79～459℃，目前已进入试验阶段。
1.1.2固体显热蓄热
与美国不同，德国等欧盟国家比较重视直接蒸气发电(DSG）CSP系统中的应用与研究（见图5）。蓄热系统则常采用固体显热蓄热材料，成本低是其最大的优势，但它显然只能用于间接TES。德国航天航空研究中心（DLR）的Tamme 等在研究砂石混凝土和玄武岩混凝土的基础上，研究开发耐高温混凝土和铸造陶瓷等固体蓄热材料，耐高温混凝土的骨料主要是氧化铁，水泥为黏结剂；铸造陶瓷骨料也主要是氧化铁，黏结剂包括氧化铝等。它们具有分布均匀，低孔，与HTF换热管接触良好，能采用模块化蓄热设计等优点。在阿尔梅里亚太阳能实验基地（PSA）与槽式系统进行联合试验，效果良好，现在正准备MWh级的中试。
1.1.3液-固联合显热蓄热
为了降低槽式系统中的双罐熔融盐液间接蓄热装置的固定投资成本，Sandia 国家实验室的James等设计并测试一个 2.3MW?h的斜温层单罐蓄热系统（thermocline tank storage），见图4。双点划线框内的斜温层单罐TES可替代图1中双点划线框内的双罐熔融盐液TES而与槽式系统整合。斜温层单罐是利用密度与温度冷热的关系，当高温熔融盐液在罐的顶部被高温泵抽出，经过油盐换热器冷却后，由罐的底部进入罐内时，或者当低温熔融盐液在罐的底部被低温泵抽出，经过油盐换热器加热后，由罐的顶部进入罐内时，在罐的中间会存在一个温度梯度很大的自然分层，即斜温层，它像隔离层一样，使得斜温层以上熔融盐液保持高温，斜温层以下熔融盐液保持低温，随着熔融盐液的不断抽出，斜温层会上下移动，抽出的熔融盐液能够保持恒温，当斜温层到达罐的顶部或底部时，抽出的熔融盐液的温度会发生显著变化。为了维持罐内温度梯度分层，就必须严格控制液体盐液的注入和出料过程，在罐内合理填充固体蓄热材料以及配置合适的成层设备，如浮动进口、环壳式换热器等，图中虚线表示蓄热材料被加热的循环过程。该试验证实了液态蓄热材料NaNO3与KN03的熔融盐混合物与固态蓄热材料石英岩、硅质沙具有良好的相容性；温跃层罐
蓄热系统的设计理念是可行的，试验结果和经济性都令人振奋，其固定投资成本约为双罐熔融盐液间接蓄热系统的65％。
1.2相变蓄热
相变蓄热材料具有相变潜热大、相变温区窄等特点，跟显热蓄热比较，可显著降低蓄热系统的尺寸，但选择合适的相变材料（PCM）及换热器设计比较困难。因此，CSP系统中的相变蓄热技术还处于试验研究或中试阶段。其使用有两种情形。
（l）在DSG槽式系统中，采用单一PCM的蓄热方式（见图5）。图5（a）是DSG槽式系统的基本工作原理示意图，图5(a)是DSG槽式系统联合蓄热技术的示意图。该系统只有水／蒸气作为HTF，在HTF与PCM的换热过程中，其蒸气HTF压力基本保持恒定，温度也保持稳定，此时，要求PCM相变时温度变化范围也小。
德国等13个国家从2004年开始共同实施的DISTOR项目，就是为DSG槽式系统设计完善的相变蓄热系统，主要任务是研究230～330℃的加膨胀石墨的复合相变材料（EG-PCM），应用微胶囊技术以及设计逆流相变蓄热换热器，达到降低成本的目的。
（2）在采用合成油作为HTF的槽式系统中，合成油HTF的温度变化范围从250～400℃，水／蒸气HTF的温度变化范围是从200～400℃，这就要求PCM 在换热过程中，温度变化也比较大，因此，此时单一相变材料（PCM）是无法满足要求。于是，1989年，美国LUZ公司就提出了级联相变蓄热的设计方案［见图6（a）];l993年DLR与ZSW（德国太阳能及氢能研究中心）共同提出了PCM/显热蓄热材料/PCM混合蓄热方法［见图6（b）]，并提出了可采用表2的PCM 用于级联相变蓄热或混合蓄热。1996年Michels等用3个竖立的壳管换热器串联，壳内分别放置了KN03、KN03/KCI、NaNO3三种PCM，证实了级联相变蓄热的可行性。相变蓄热技术的实际应用进展不大，主要是固液相变换热器的设计没有取得突破，微胶囊技术可能提供了一种方法，但对于高温换热需要进一步探讨。CSP系统中应用PCM是出于经济性、可靠性设计的考虑，并不是因为PCM 本质上是一种良好的蓄热材料。
1.3化学反应蓄热
化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。尽管可逆热化学反应蓄热虽然具有储能密度大的特点，但应用技术和工艺太复杂，存在许多不确定性。
1991年，Brown等采用CaO与H2O，进行了小规模的蓄热试验研究，认为系统约束条件苛刻，价格偏贵，但认为氢氧化物与氧化物之间的热化学反应将是化学反应蓄热的潜在对象。
1999年澳大利亚国立大学提出了氨化学反应蓄热系统，在热反应器中氨吸热分解成氢与氮，在氨合成反应器中热量被回收，该蓄热系统是与碟式CSP进行整合，但理论分析槽式CSP也能保证反应的温度条件。
尽管化学反应蓄热的技术不成熟，但利用太阳能热化学反应循环制氢便是一种间接蓄能技术，这方面的应用发展很快。太阳能热化学反应循环制氢技术就是利用CSP系统提供的高温环境与热化学反应装置联合，采用金属氧化物作中间物，输入系统的原料是水，产物是氢和氧，不产生CO和C02。可用于太阳能热化学反应循环制氢的金属氧化物有ZnO、FeO、CoO等，反应温度大约1000K，大大低于直接分解水的效率，且效率可以达到30%，是很有潜力的制氢技术。不管选择何种TES型式，都要从技术和经济两方面考虑。技术设计基本准则包括蓄热总容量、工作名义温度、额定负荷时单位焓降、最大负荷、运行策略以及如何联合CSP等。同时TES设计中一些通用的技术基本要求同样适用于CSP 系统中，例如：（l）蓄热材料能量密度大；（2）传热流体（HTF）与蓄热材料之间的换热性好；（3）传热流体、换热器与蓄热材料之间相容性良好；（4）蓄热材料化学性质稳定，力学性能好，具有长期稳定性；（5）可逆性好，能经受大量反复的加热与冷却循环；（6）热损失少；（7）容易控制等。另一方面，从经济的角度看，任何TES设计都要进行效益成本分析。TES系统成本主要包括蓄热材料、换热器以及相应配套设备的成本等。
综上所述，经济型的TES设计对CSP的市场竞争力影响效果更为明显。双罐熔融盐塔式系统的应用已经没有太多的争议；对于槽式系统，目前没有一种蓄热方式占有绝对的优先权，双罐熔融盐直接或间接蓄热目前应用风险性相对小一些，是近期发展的主要候选对象；相变蓄热将是中长期的优先研究对象，但没有技术迹象表明化学反应热蓄热目前具有竞争力。
2国内目前技术发展现状
我国在“十五”期间“863”项目中对“分布式发电系统”进行了立项研究，开辟了我国太阳能高温热利用和发电的历史。通过“十五”期间“863”、“973”项目以及国家自然科学重大基金项目的支持以及一批企业的参与，我国在太阳能热发电的多个研究方面，尤其是关键技术方面的研究已经取得了一批科研成果和实用化技术。“十五”期间，中国科学院电工研究所、皇明太阳能集团与工程热物理研究所联合研制了3台直径5m的太阳能碟式聚光器，该设备在技术指标及经济指标上已经达到目前国际先进水平，同时联合研制成功了采光口宽度开口为2.5m、长12m的槽式聚光器一套，具备所有的自主知识产权。而塔式聚光器技术涉及到传热流体技术、高温吸热器技术、聚光塔技术、定日镜技术和发电循环技术等，我国刚刚开始局部单元技术的研究，例如河海大学和南京玻璃纤维研究院合作研制成功了10㎡、20㎡、40㎡定日镜，中国科学院电工研究所与皇明太阳能集团合作正在研制100㎡的大型定日镜等。2005年年底，南京玻璃纤维研究院张耀明院士通过与以色列魏滋研究院的技术合作，在南京江宁建成国内第一座太阳能塔式热发电示范电站并正式发电成功，但并非典型的塔式系统，规模只有70kW，采用空气作为HTF，没有蓄热系统，研究的重点仍放在定日镜上。随着《可再生能源法》于2006年1月1日生效，将势必大大推动我国可再生能源利用技术的发展。其中风力发电和太阳能热发电在我国将率先实现产业化，为保障能源供应做出贡献。太阳能热发电技术及系统示范工程列入了“十一五”科技计划重大项目，目标是在“十一五”期间建成1MW级塔式太阳能电站的试验示范热场。通过“十一五”期间的研究，掌握目前世界上通行的基于Rankine循环的塔式太阳能热发电站的全套设计技术，开发出一批具有自主知识产权的关键材料和部件，如高精度、高反射率玻璃镜，耐高温太阳能选择性吸热涂层，高精密度定日镜，大热流密度吸热器，传热蓄热一体化材料、熔融盐流体强化换热器等。这将为我国今后几十年发展大规模太阳能电站奠定基本手段。
3结语
对于太阳能可再生能源的开发，成本是第一位的，效率第二，而TES设计对CSP的市场竞争力影响效果非常明显。而国内现有工作基础又主要集中在定
日镜等聚光技术方面，因此在重视定日镜、高辐射能流密度吸/热换热器等关键技术的同时，应该对TES设计也给予足够的重视。以美国Solar Two塔沟熔融盐太阳能热发电技术作为跟踪对象，采用双罐熔融盐直接蓄热方式，自主开发制备硝酸盐熔融盐换热/蓄热材料，通过等温试验与热循环试验测试其热物理性质与高温长期稳定性，完成熔融盐流体强化换热结构研究，将是我国在今后一段时期内，开展CSP系统蓄热技术研究的一个方向。
蓄热技术及其应用 蓄热技术是缓解人类能源危机的一种重要手段。本文首先介绍了蓄热技术的分类和特点，分析了蓄热技术在国内外的研究情况，又阐述了它在暖通空调等领域的应用状况，最后对蓄热技术的发展进行了展望。 Key words：heat storage technology；phase transition；HV AC；energy saving 在许多能量利用系统中，往往存在着能量供应和需求的时间性差异，造成了能量利用的巨大浪费。蓄热技术是解决该问题的一种有效途径。蓄热技术的核心应用在于调和热能供给与需求在时间和空间上不相匹配的矛盾，在太阳能热利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及建筑节能、暖通空调等领域具有广泛的应用前景。 1.蓄热技术分类及特点 蓄热技术目前主要有显热蓄热、潜热蓄热（相变蓄热）和化学反应蓄热三种。 显热蓄热是利用物质温度的变化来存蓄热量的。常用的显热蓄热介质有水、水蒸气、鹅卵石等。显热蓄热介质来源广泛，价格低廉，系统简单，是目前最成熟、应用最广泛的蓄热方式。 潜热蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，吸收或放出相变潜热的原理。由于液气或固气转化时，容积变化非常大，不易控制，在实际工程中较难应用，目前有实际应用价值的是固液相变式蓄热。该技术的优势是：蓄热密度大、相变时温度稳定、所用装置简单、体积小、设计灵活等。 化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。化学能蓄热的特点是：可逆性好；正逆反应转变的速率快；蓄热密度比显热蓄热和潜热蓄热都大，可以贮存高温热能；也无须绝热保温，可以长时间的蓄热。但化学能蓄热系统复杂、价格也高。 2.蓄热技术国内外研究情况 20世纪30年代以来，相变蓄热的基础理论和应用技术研究在发达国家（如美国、加拿大、日本、德国等）迅速崛起。材料科学，太阳能，航天技术，建筑物空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发展为相变蓄热研究和应用创造了条件。在相变蓄热的理论和应用研究方面，美国一直处于领先地位。Dr. Maria Telkes等先后在相变材料的配制和性能研究、相平衡、相变传热、相变材料性能改善等方面做了大量工作，并在马萨诸塞州建起了世界上第一座PCM 太阳能暖房。60年代，随着载人空间技术的迅速发展，美国NASA 大力发展了相变材料热控技术。70 年代早期，日本三菱电子公司和东京电力公司联合进行
电锅炉水蓄热技术的应用实例 现代建筑设计集团上海建筑设计研究院有限公司张伟程 摘要：介绍了电锅炉水蓄热技术在具体工程设计中的应用，并着重介绍了该系统的概况、流程以及各种运行模式下的控制方式。 关键词：电锅炉水蓄热运行模式控制 1 电锅炉水蓄热技术介绍 集中空调的冬季供暖部分，根据热源的类型，可以分为空气（或水）源热泵、燃油、燃煤气（或天然气）、燃煤、用电等几大类。 从用户的角度看，使用电作为热源不需要排废水、废气、废渣，也无明火，不需设置堆煤或储油场地，为最清洁能源，不存在消防、环保等特殊要求，且用电设备可以做到完全自动控制，减少人为操作所带来的浪费及管理难度。 对于以电能作为空调供暖热源的系统，在《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005中有明确的规定：“除非夜间可利用低谷电进行蓄热、且蓄热式电锅炉不在日间用电高峰和平时段时间启用的建筑，不得采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源。”故在实际应用时，不得采用电锅炉直供的形式，一般采用电锅炉水蓄热系统，且以全量蓄热为好。 电锅炉水蓄热系统是指在电力低谷期间，以水为介质将电锅炉产生的热量储存在蓄热装置中，适时供应给用热设备的系统[1]。这样在用电高峰时段就可以不开或者少开电锅炉，从而减少高峰时段用电量，起到移峰填谷的作用。电锅炉水蓄热从系统构成上来说只是在常规电热锅炉的基础上增加了一套水蓄热装置，其他各部分在结构上与常规热源系统并无不同，它在使用范围方面也与常规供热系统基本一致。通常水蓄热装置有常温（常压、温度低于100℃）和高温（高压、温度高于100℃）两种，蓄热量有全量和分量两种模式，蓄热系统有串联和并联两种流程。 电锅炉水蓄热系统具有以下几个显著优点： 1）适合在无集中供热与燃气源，而电力充足、供电政策支持和电价优惠的地区使用。 2）采用电能，不存在排放废水、废气、废渣之忧，无燃烧过程，安全可靠性高。 3）由于水蓄热系统是按白天全量负荷在夜间蓄热时段的平均值来确定电锅炉装机容量的，而电锅炉直供系统则是按白天的峰值负荷来确定的。所以相对于电锅炉直供系统，水蓄热系统减少了电锅炉装机容量，其附属运转设备和电力设施的装机容量也相应减少，从而减少了初投资费用。 4）可根据外界空调负荷的变化更及时、灵活、精确地供应储存的热量。 5）利用峰谷电价差，可以明显减少运行费用。有利于平衡用电负荷，缓解供电矛盾[2]。 6）当停电时，用小功率应急发电机带动循环水泵即可继续提供热量，提高了供暖系统的可靠性。 2 工程概况 陆家嘴时代金融中心（B3-5地块）冬季空调供暖设计计算热负荷峰值为5 044 kW：1~6层（裙房）973 kW，8~20层（低区）1 331 kW，22~34层（中区）1 331 kW，36~46层（高区）1 409 kW。考虑到当时的市政能源条件（无集中供热与燃气源，电力充足、供电政策支持和电价优惠）和初投资与运行费用的效益比以及机房安全条件，本工程采用常压型电热水锅炉生产的蓄热水作为空调供暖热源，采用常温全量（不考虑不可预见系数）蓄热模式、并联流程，并根据楼层分布情况分设4套系统，机房分别布置于7层，21层，35层，PH1设备层。每套系统均设有2台675 kW的电锅炉、1个有效容积为200m3的蓄热水箱，其设计蓄热水温为45~90 ℃，蓄热量为10 465 kWh；考虑10%的余量，联合供热（板式换热器的）总供热能力为1 600 kW；板式换热器一次侧的设计进、出水温度为55 ℃/45 ℃、二次侧（空调末端设备）的设计供、回水温度为50 ℃/40 ℃。该水蓄热系统夏季可兼作蓄冷用，其蓄热水箱转变为蓄冷水箱，主要用于新风空调箱的供冷。 系统有冬季电锅炉单蓄热、电锅炉单供热、蓄热水箱单供热、电锅炉与蓄热水箱联合供热（蓄热水箱优先）、电锅炉边蓄热边供热以及夏季制冷机蓄冷、蓄冷水箱放冷共7种运行模式，其原理见图1。
相变蓄热技术在热泵中的应用 汪南，杨硕，朱冬生 （华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州， 510640） 摘要：本文综述了蓄热技术的研究进展及其在热泵中的应用，并重点介绍了一种相变蓄热式热泵热水器，最后对这种技术的发展进行了展望。 关键词：蓄热相变热泵热水器 0 前言 能源是一个国家经济增长和社会发展的重要物质基础，随着人类对能源的需求量不断增大，能源问题越来越引起人们的重视。但是，大多数能源存在间断性和不稳定性的特点，导致大量热能在时间与空间匹配上的不平衡性，从而使得一方面能源短缺，另一方面又有大量余热被白白浪费。因此，合理利用能源、提高能源利用率是当务之急。 蓄能技术就是采用适当的方式，利用特定的装置，将暂时不用的或者多余的热能通过一定的储能材料储存起来，等到需要时再利用的方法，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。相变蓄热技术在太阳能、工业余热、废热利用以及电力调峰等方面具有很大的潜在应用优势，近年来引起了众多科研工作者的重视。 1 蓄热技术的研究进展 1983年，美国Telkes博士在蓄热技术方面做了大量工作[1]。她对水合盐，尤其是十水硫酸钠(Na2S04?10H2O)进行了长期的研究，对Na2S04?10H2O的相变寿命进行了多达1000次的实验，并预测该材料可相变2000次，并在马萨诸塞州建起了世界上第一座PCM被动太阳房。20世纪70年代早期，日本三菱电子公司和东京电力公司联合进行了用于采暖和制冷系统的相变材料的研究，他们研究了水合硝酸盐、磷酸盐、氟化物和氯化钙。在相变材料应用方面，他们特别强调制冷和空调系统中的储能。东京科技大学工业和工程化学系的Yoneda等人研究了一系列可用于建筑物取暖的硝酸共晶水合盐，从中筛选出性能较好的MgCl2?6H20和Mg(NO3)2?6H2O共晶盐(熔点59.1℃)。位于Ibaraki的电子技术实验室对相变温度范围为200～300℃的硝酸盐及它们的共晶混合物进行了研究。德国GawronK和Schroder J在对-65～0℃的温度范围内相变性能的研究后，推荐在储冷中采用NaF-H20共晶盐(-3.5℃)；在低温储热或热泵应用中采用KF?4H20；在建筑物采暖系统中，采用CaCl2?6H20(29℃)或Na2HP04(35℃)。Krichel绘制了大量PCMs的物性图表。他认为石蜡、水合盐和包合盐(elath-rate)是100℃以下储能用相变材料的最佳候选材料。 我国对蓄热相变的理论和应用也进行了广泛的研究[2-9]，中国科学技术大学从1978年开始进行相变储热的研究，陈则韶、葛新石、张寅平等人[10～12]在相变材料热物性测定和相变过程导热分析方面做了大量工作，申请了多项专利。1983年，华中师范大学阮德水等[13]对典型的无机水合盐Na2S04?10H2O
电锅炉水蓄热技术的应 用实例 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
电锅炉水蓄热技术的应用实例 现代建筑设计集团上海建筑设计研究院有限公司张伟程 摘要：介绍了电锅炉水蓄热技术在具体工程设计中的应用，并着重介绍了该系统的概况、流程以及各种运行模式下的控制方式。 关键词：电锅炉水蓄热运行模式控制 1 电锅炉水蓄热技术介绍 集中空调的冬季供暖部分，根据热源的类型，可以分为空气（或水）源热泵、燃油、燃煤气（或天然气）、燃煤、用电等几大类。 从用户的角度看，使用电作为热源不需要排废水、废气、废渣，也无明火，不需设置堆煤或储油场地，为最清洁能源，不存在消防、环保等特殊要求，且用电设备可以做到完全自动控制，减少人为操作所带来的浪费及管理难度。 对于以电能作为空调供暖热源的系统，在《公共建筑节能设计标准》 GB50189-2005中有明确的规定：“除非夜间可利用低谷电进行蓄热、且蓄热式电锅炉不在日间用电高峰和平时段时间启用的建筑，不得采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源。”故在实际应用时，不得采用电锅炉直供的形式，一般采用电锅炉水蓄热系统，且以全量蓄热为好。 电锅炉水蓄热系统是指在电力低谷期间，以水为介质将电锅炉产生的热量储存在蓄热装置中，适时供应给用热设备的系统[1]。这样在用电高峰时段就可以不开或者少开电锅炉，从而减少高峰时段用电量，起到移峰填谷的作用。电锅炉水蓄热从系统构成上来说只是在常规电热锅炉的基础上增加了一套水蓄热装置，其他各部分在结构上与常规热源系统并无不同，它在使用范围方面也与常规供热系统基本一致。通常水蓄热装置有常温（常压、温度低于100℃）和高温（高压、温度高于100℃）两种，蓄热量有全量和分量两种模式，蓄热系统有串联和并联两种流程。 电锅炉水蓄热系统具有以下几个显着优点： 1）适合在无集中供热与燃气源，而电力充足、供电政策支持和电价优惠的地区使用。 2）采用电能，不存在排放废水、废气、废渣之忧，无燃烧过程，安全可靠性高。 3）由于水蓄热系统是按白天全量负荷在夜间蓄热时段的平均值来确定电锅炉装机容量的，而电锅炉直供系统则是按白天的峰值负荷来确定的。所以相对于电锅炉直供系统，水蓄热系统减少了电锅炉装机容量，其附属运转设备和电力设施的装机容量也相应减少，从而减少了初投资费用。 4）可根据外界空调负荷的变化更及时、灵活、精确地供应储存的热量。 5）利用峰谷电价差，可以明显减少运行费用。有利于平衡用电负荷，缓解供电矛盾 [2]。 6）当停电时，用小功率应急发电机带动循环水泵即可继续提供热量，提高了供暖系统的可靠性。 2 工程概况 陆家嘴时代金融中心（B3-5地块）冬季空调供暖设计计算热负荷峰值为5 044 kW：1~6层（裙房）973 kW，8~20层（低区）1 331 kW，22~34层（中区）1 331 kW，36~46层（高区）1 409 kW。考虑到当时的市政能源条件（无集中供热与燃气源，电力充足、供电政策支持和电价优惠）和初投资与运行费用的效
储热技术应用现状与发展趋势 储热技术是以储热材料为媒介将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能储存起来，在需要的时候释放，力图解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率而逐渐发展起来的一种技术。目前，主要有三种储热方式，包括显热储热、潜热储热（也称为相变储热）和热化学反应储热。 储热技术特性对比 显热储热、相变储热和热化学反应储热，这三种储热形式各具特点。 表1：三类蓄热系统特点比较 与其他两种储热形式相比，显热储热的技术最成熟。同时，显热储热运行方式简单、成本低廉、使用寿命长、热传导率高、但其储热量小且放热时不恒温，限制了其未来的应用前景。 相比于显热储热技术，相变储热具有单位体积储热密度大的优点，且在相变温度范围内具有较大能量的吸收和释放，存储和释放温度范围窄，有利于充热放热过程的温度稳定。但其储热介质一般有过冷、相分离和导热系数较小、易老化等缺点。 热化学反应储热的储能密度比显热储热和相变储热都高，但应用技术和工艺太复杂，存在许多不确定性，如反应条件苛刻，不易实现、储能体系寿命短、储
能材料对设备的腐蚀性大、一次性投资大及效率低等，如能很好地解决这几方面的问题，则其应用前景广阔。 从三种储热形式的特点来看，各有利弊，目前许多研究都是针对这三种储热形式的不足进行研发与攻关。 储热技术成本与经济性 通常，一个储热系统的成本包括蓄热材料，蓄放热设备以及运营成本等各项成本，对储热系统的经济性评估主要取决于特定的应用和运行需求，包括储放热次数和频率。 显热技术：以熔融盐储热系统为例，其成本包括熔融盐材料本身的价格，还要包括各主要部件，施工等费用，根据单价和总价的一般规律，随着储热系统容量的增加，尽管整体系统的造价很高，但是单位成本却在显著下降，倾向于稳定在31$/kWht，对比其他储能技术来说，显热储热系统的单位成本相对较低。 相变储热技术：综合国内主要相变储热设备生产厂商的成本数据，目前相变储热项目初投资成本为350～400元/kWh，装置本体的成本为220～250元/kWh，其中相变换热器和相变材料合计约占储热装置总成本的80%，是影响储热装置成本的关键因素。 热化学储热技术：目前尚处于实验室研究阶段，在实际应用中还存在着许多技术问题，另外热化学储热系统的一次性投资大及系统整体的效率偏低。 总体来看，三种蓄热技术形式中，显热储热的成本最低，这主要是由于显热蓄热材料，如水，砂石、混凝土或熔盐等成本较低，盛放这些储热介质的罐以及相关蓄放热设备的结构也较为简单。但蓄热材料的容器需要有效的热绝缘，这对储热系统来说可能会增加不少的成本投资。相变储热和热化学反应储热的系统成本要显著高于显热储热，且由于相变储热和热化学反应储热需要强化热传导技术与相应的设备使系统效率、蓄能容量等性能达到一定的标准，因此，除材料之外系统其它设备成本也相对较高。 储热技术应用现状 显热储热技术目前主要应用领域包含工业窑炉和电采暖、居民采暖、光热发电等领域中。目前显热技术规模化应用主要集中在光热电站中。2009年3月，西班牙Andasol槽式光热发电成为全球首个成功运行的，配置熔盐储热系统的商业化CSP电站。伴随熔盐储热技术的日渐成熟，越来越多的CSP电站开始使用熔
第1题 以下发电机组中，调峰快速性最好的机组是（） A.水电机组 B.燃气发电机组 C.燃煤发电机组 D.核电机组 答案:A 您的答案：D 题目分数：6 此题得分：0.0 批注： 第2题 可通过测量液位实现蓄冷量测量的蓄冷装置是（） A.冰球冰槽 B.盘管式内融冰冰槽 C.水蓄冷槽 D.闭式外融冰冰槽 答案:B 您的答案：B
题目分数：6 此题得分：6.0 批注： 第3题 以下蓄冷槽可与消防水池合用的是（） A.冰球冰槽 B.盘管冰冰槽 C.水蓄冷槽 D.动态冰冰槽 答案:C 您的答案：C 题目分数：6 此题得分：6.0 批注： 第4题 冰蓄冷系统与哪种空调方式可较好结合以大幅降低空调系统主机能耗( ) A.变风量 B.多联机 C.变水量
D.温湿度独立控制系统 答案:D 您的答案：D 题目分数：6 此题得分：6.0 批注： 第5题 大型城市夏季高峰用电中一般空调用电占到（） A.小于10% B.10%~30% C.30%~60% D.60%~90% 答案:C 您的答案：C 题目分数：6 此题得分：6.0 批注：
第6题 近期得以快速发展的新型供电侧蓄能技术包括（） A.压缩空气蓄能 B.冰蓄冷 C.超级电容 D.超级电池 答案:A,C,D 您的答案：A,C,D 题目分数：8 此题得分：8.0 批注： 第7题 热能蓄存根据蓄存机理不同可分为（） A.显热蓄能 B.潜热蓄能 C.热化学蓄能 D.物理蓄能 答案:A,B,C 您的答案：A,B,C 题目分数：8
此题得分：8.0 批注： 第8题 常用的显热蓄能材料包括（） A.水 B.氧化铝 C.岩石 D.氧化镁 答案:A,B,C,D 您的答案：A,C 题目分数：8 此题得分：0.0 批注： 第9题 蓄热的热源可来自于（） A.电力 B.热泵 C.太阳能 D.工业余热 答案:A,B,C,D
分类号密级 UDC 学位论文 蓄热式燃烧技术的应用研究 作者姓名：刘伟娜 指导教师：陈文仲副教授 东北大学工程热物理研究所 申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：工程热物理 论文提交日期： 2008年3月论文答辩日期：学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人： 东北大学 2008年3月
A Dissertation in Engineering Thermophysics Application and Study of Regenerative Combustion Technology by Liu Weina Supervisor: Associate Professor Chen Wenzhong Northeastern University March 2008
独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 （如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。） 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期：
蓄热式燃烧技术的应用研究 摘要 蓄热式高温空气燃烧技术是20世纪90年代兴起的集节能、环保等多重优点的高新技术，是被国际燃烧界公认的燃烧领域的革命。其基本思想是让燃料在高温低氧浓度气氛中燃烧，把回收烟气余热与高效燃烧及降低NO X排放量等技术有机地结合起来，从而实现节能和降低污染物排放量的双重目的。 本文就蓄热式高温空气燃烧技术的原理、历史发展进程及国内外研究状况进行了全面系统地综述，并针对该技术的优势、特点和我国工业炉窑应用该技术的前景进行了分析。通过分析得知采用周期蓄热式燃烧技术，能够扩展火焰的燃烧区域，使得炉膛温度均匀，延长炉衬寿命，并且由于炉内气流方向交替变换，加强了炉内传热，炉膛平均温度升高，加热速度提高。本文根据蓄热式高温空气燃烧的机理，注重高温空气燃烧技术应用，确定和设计出了新型燃烧器的理论计算和设计方案，并推出VB计算程序。同时根据设计计算方案加工实验模型，并进行实验测试，通过改变蜂窝式蓄热体和小球式蓄热体的填充尺寸，得到不同结构参数和操作参数下的测量数据，找出蓄热室的热工参数包括蓄热室的综合换热系数、压力损失、气流分布状况，推导出切实可行的式子。此外，应用Fluent数值模拟软件，对采用蓄热式燃烧技术和不采用蓄热式燃烧技术的炉窑内部工况进行模拟，包括温度场、浓度场以及低NO X的预测，对比两种情况下的模拟结果验证蓄热式燃烧技术的优越性。 可以确信，通过蓄热式燃烧技术在工业炉界的推广使用，对节能和环保事业必将有重大的推动作用。 关键词：蓄热式高温空气燃烧技术；节能；环保；数值模拟；NO X
蓄热技术在聚焦式太阳能热发电系统中的应用现状 作者:左远志丁静杨晓西聚焦式太阳能热发电系统（CSP）利用集热器将太阳辐射能转换成高温热能，通过热力循环过程进行发电。作为一种开发潜力巨大的新能源和可再生能源开发技术，美国等国家都投入了大量资金和人力进行研究，先后建立了数座CSP示范工程，目前该项技术已经处于商业化应用前期、工业化应用初期。CSP 只利用太阳直射能量，不接受天空漫辐射。由于太阳能的供给是不连续的，一部分CSP系统采用蓄热技术来保障有效使用和提供时间延迟，另一部分CSP系统采用燃气等作补充能源。这种混合动力技术可提供高价值的、可调度的电力。 CSP系统依其集热方式的不同，大致分为槽式、塔式、碟式3种。槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内传热工质加热，直接或间接产生蒸气，推动常规汽轮机发电。塔式系统是利用独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，以产生很高的温度。碟式系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到高温，驱动发动机进行发电。 槽式系统的技术已经成熟，正处于商业拓展阶段，基本上没有技术和经济风险。美国加州有9个SEGS（Solar Electric Generating system）采用槽式系统，已运行15年，目前运行状况更好，最大输出功率354 MW，采用混合动力：75％太阳能，25％天然气。但蒸气最高温度375℃，太阳能日效率20%,年效率15％。槽式系统是目前均化成本（LEC）最低的CSP系统，是美国能源部近期计划推荐的优选项目。在西班牙、印度、埃及、希腊、墨西哥、摩洛哥、南非等国家都有不少槽式系统的示范工程。 塔式系统正处在研究其商业化可行性的阶段。一些国家着手建立大容量的、参加电网统一调度的示范工程。（1）美国从1980年开始相继完成Solar One、Solar Two两个10MW级塔式CSP后，2002年与西班牙合作，在西班牙建造一个15MW级Solar Tres塔式CSP，预计2006年完工，这是第一个真正商业运作