储热技术的研究与应用(可研 基础)
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蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术, 可用于解决热能供给与需求失配的矛盾, 在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景, 目前已成为世界范围内的研究热点。
在化工生产和许多工业过程排放的废热是不连续的, 要充分利用这些不稳定的能源, 就需要采用蓄热技术, 将这些热量暂时储存起来, 在需要的时候再释放出去。
这样既可以降低企业能耗, 又可以减少由一次能源转变为二次能源时产生各种有害物质对环境的污染。
1. 蓄热方式目前主要的蓄热方法有显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热三种。
显热蓄热是利用物质的温度升高来存储热量的。
这种蓄热方式在各类蓄热方式中是最简单和最成熟的, 应用也最广泛, 可用于供暖和发电。
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, 都要吸收或放出相变潜热的原理。
根据相变温度高低, 潜热蓄热又分为低温和高温两部分。
低温潜热蓄热主要用于废热回收、太阳能储存以及供暖和空调系统。
高温潜热蓄热可用于热机、太阳能电站、磁流体发电以及人造卫星等方面。
高温相变材料主要采用高温熔化盐类、混合盐类和金属及合金等。
高温熔化盐类主要是氟化盐、氯化物、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐类物质。
混合盐类温度范围宽广, 熔化潜热大, 但盐类腐蚀性严重, 会在容器表面结壳或结晶迟缓。
化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。
发生化学反应时, 可以有催化剂, 也可以没有催化剂, 这些反应包括气相催化反应、气固反应、气液反应、液液反应等等。
2. 蓄热技术的应用蓄热技术作为缓解人类能源危机的一个重要手段, 主要有以下几个方面的应用。
2.1 太阳能热储存太阳能是巨大的能源宝库, 具有清洁无污染、取用方便的特点, 特别是在一些高山地区, 如我国的甘肃、青海、西藏等地, 太阳辐射强度大, 而其他能源短缺, 故太阳能的利用就更为普遍。
电力系统中的储能技术研究与应用储能技术是在电力系统中具有重要作用的关键技术之一。
随着可再生能源的普及和能源存储需求的增加,对于高效、可靠、可持续的电力系统运营变得越来越重要。
储能技术能够在电网供需平衡、调度灵活性和电能质量提升等方面提供有效支持。
本文将重点讨论当前电力系统中的储能技术研究和应用,并探讨其未来发展前景。
一、储能技术类型1.储水式储能技术储水式储能技术是一种将电能转化为水位能的技术,通过将电能转化为潜在能量来储存电力。
目前主要应用的是抽水蓄能技术和蓄能水电站。
抽水蓄能技术主要通过利用水库和水泵,将电网低谷时的多余电能转化为潜在能量,高峰时再通过水泵将水流转化为电力,以平衡电力供需。
蓄能水电站则是将富余电力用于瞬时泵水,高峰时通过发电机将水能转化为电力。
2.化学储能技术化学储能技术主要包括电池储能技术和氢能储存技术。
电池储能技术是目前应用最为广泛的储能技术之一,主要包括锂离子电池、钠离子电池和铅酸电池等。
这些电池能够将电能直接储存,并在需要时释放。
氢能储存技术则是将电能利用电解水的方式将水分解成氢和氧,并将氢气储存起来以供需要时使用。
3.压缩空气储能技术压缩空气储能技术是一种将电能转化为压缩空气储存的技术。
该技术主要通过将电能用于压缩空气,并将压缩空气储存起来。
在需要时,通过再次释放压缩空气来驱动发电机以产生电能。
这种技术具有较高的效率和储存容量,适用于大规模的储能需求。
4.超级电容器技术超级电容器技术是一种将电能以静电方式储存的技术。
这种技术主要依靠电子的吸附和电离将电能储存起来,并在需要时释放。
超级电容器具有高功率密度、长寿命和快速充放电特性等优点,适用于频繁的储能和释能需求。
二、储能技术应用1.平滑电网负荷储能技术能够将电能储存起来,在需要时快速释放以平滑电网负荷。
这对于电力系统的稳定运行至关重要,特别是在可再生能源发电波动较大的情况下。
通过储能技术,可以将低谷时的多余电能储存起来,并在高峰时释放,以满足电网负荷需求。
热能储存技术的研究与应用随着科技的发展,新能源技术已成为社会关注的焦点。
但是光伏能、风能等非确定性能源存在着间歇性和波动性,导致能源的难以稳定供应。
这时候,热能储存技术便成为了一种可以解决这一问题的技术,也是未来能源体系中不可或缺的一环。
一、热能储存技术的概述热能储存技术是一种用于储存热能的技术。
目前主要应用于可再生能源领域,例如光伏发电、风力发电等。
热能储存主要有三种方式,包括储热材料储能、热电联供以及热力储能技术。
储热材料储能是指将热量通过物料的相变来储存。
其中,电力热泵、火力发电厂等都采用了这种方式。
热电联供则是将燃气运用于电力生产,同时可以利用余热进行供暖和制冷。
最后,热力储能技术则利用高温高压蒸汽的储能原理储存热能。
二、热能储存技术的优势热能储存技术在可再生能源发电领域中有着不可替代的作用。
首先,它可以实现夜间储能供应。
这计数通过晚高峰的能量储存,从而能够更好地满足白天的能源需求。
其次,热能储存技术具有高效性和可靠性。
相比于其他的储存方法,热能储存所具有的高密度、高效率和高容量的特点,使其能够在一定程度上缓解其他能源储存方案的瓶颈问题,实现长效的能源储存。
此外,热能储存技术还可以降低能源生产和消费的负担,减轻对环境的影响,为节能减排做出贡献。
三、热能储存技术的应用前景未来热能储存技术的应用前景广阔。
随着可再生能源发电技术的不断创新,热能储存技术将会得到更广泛的应用。
从当前来看,热能储存技术最主要的应用场景是太阳能和风能储能。
根据分析,太阳能光伏发电和风能发电成为了热能储存技术的重要应用领域。
另外,热能储存还有应用于工业领域。
例如,在钢铁生产和石化工业的过程中,往往存在着大量的余热。
如果能够将这些余热进行储存和回收利用,就可以减少资源浪费,降低企业的能源消耗和排放,从而实现可持续经济发展。
而且,在智慧城市的建设中,热能储存技术也可以发挥重要作用。
随着城市能耗的不断增长,城市能源的供应和管理将成为一个重要议题。
储热技术的研究与应用余热利用分析报告第一章工业热能现状及利用率1.1余热能源现状当前,我国能源利用仍然存在着利用效率低、经济效益差,生态环境压力大的主要问题。
节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容,是解决我国能源问题的根本途径,处于优先发展的地位。
实现节能减排、提高能源利用率的目标主要依靠工业领域。
我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70%,主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30%左右。
除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外,工业余热利用率低,能源没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因。
我国能源利用率仅为33%左右,比发达国家低约10%。
至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。
因此从另一角度看,我国工业余热资源丰富,广泛存在于工业各行业生产过程中,余热资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,其中可回收率达60%,余热利用率提升空间大,节能潜力巨大。
工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”,近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。
工业余热来源于各种工业炉窑热能动力装置、热能利用设备、余热利用装置和各种有反应热产生的化工过程等。
目前,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。
合理充分利用工业余热可以降低单位产品能耗,取得可观的经济效益。
工业余热按其能量形态可以分为三大类,即可燃性余热、载热性余热和有压性余热。
1)可燃性余热可燃性余热是指能用工艺装置排放出来的、具有化学热值和物理显热,还可作燃料利用的可燃物,即排放的可燃废气、废液、废料等,如放散的高炉气、焦炉气、转炉气、油田伴生气、炼油气、矿井瓦斯、炭黑尾气、纸浆黑液、甘蔗渣、木屑、可燃垃圾等。
2)载热性余热常见的大多数余热是载热性余热,它包括排出的废气和产品、物料、废物、工质等所带走的高温热以及化学反应热等,如锅炉与窑炉的烟道气,燃气轮机、内燃机等动力机械的排气,焦炭、钢铁铸件、水泥、炉渣的高温显热,凝结水、冷却水、放散热风等带走的显热,以及排放的废气潜热等。
电热储能技术的研究与应用随着人们对环保、节能的重视,电热储能技术作为一种新型的储能方式逐渐受到关注。
那么,电热储能技术究竟是如何实现的呢?在哪些领域已经得到了应用?下面,本文将从这两个方面进行讲述。
一、电热储能技术的实现电热储能技术主要是通过电热转化器、电加热器和储热器来完成的。
具体地说,就是利用电能将储热器内部的介质加热,形成高温热媒体,在需要热源时将其放出,从而发挥出储热的作用。
通常,电热储能技术所使用的介质有两种:一种是直接加热介质;另一种是间接加热介质。
目前,常见的直接加热介质是空气,而间接加热介质则是水或蒸汽。
电热储能的转化方式有两种,分别是电阻加热和电磁加热。
其中,电阻加热是通过电阻将电能转化为热能,从而使储热体加热。
电磁加热则是通过磁场在储热体内部产生涡流,从而将电能转化为热能。
二、电热储能技术的应用电热储能技术在很多领域都有应用。
其中,最广泛的应用之一是在太阳能热水器中。
因为空气和水都可以作为介质来储存热能,所以电热储能技术可以通过空气储热器和水或蒸汽储热器来实现,从而把太阳能转化为热能,提供给热水器使用。
这样既可以提高太阳能的利用率,又可以减少对传统能源的依赖。
此外,电热储能技术还可以用于工业制造、暖通空调、医疗卫生和生态农业等领域。
在工业制造中,电热储能技术可以用于加热炉和熔炼器中,从而提高生产效率和产品质量。
在暖通空调中,电热储能技术可以用于制热和制冷,从而提高系统的效率和稳定性。
在医疗卫生中,电热储能技术可以用于医用水的制备、医用氧气的制备和医用胶水的加热。
在生态农业中,电热储能技术可以用于制热和制冷,从而提高温室的温度和湿度,促进作物的生长。
三、电热储能技术的前景电热储能技术作为一种新型的储能方式,具有非常广阔的应用前景。
一方面,能够提高能源利用效率,节约能源资源。
在当前全球资源日益紧缺的情况下,这一点显得尤为重要。
另一方面,电热储能技术还能够减少环境污染,降低碳排放量。
热储能与供热技术的研究与应用随着气候变暖以及人口增加,打火机,太阳能发电,风能发电等新兴能源已成为社会关注的热门话题,更为重要的是,有“旧能源”的供给是必不可少的,供热技术也是一样的。
热储能技术的研究与应用,将成为未来供热领域的重要发展方向。
一、热储能技术的概念及分类热储能技术是指将能量在低峰期以低价收集,存储在热储罐中,并在高峰期以高价供应能量的一种储水式储能方法。
根据不同的能源形式,热储能技术可分为水储能、地热储能、熔盐储能等几种类型。
其中,水储能为主流,占据50%以上,其次是熔盐储能和地热储能。
二、热储能技术的优势1、保证不间断供暖。
热储能技术的使用,能够有效的解决供暖过程中出现的一些问题,如受到昼夜温差影响,天气变化导致的供暖能力波动、气候恶劣导致的能源紧缺等。
而热储能技术可以利用夜间较低的耗电量储存热量,且利用储热罐的热容量来稳定供应,使得供暖不受天气影响变得更为可靠。
2、优化供暖效益。
另外,热储能技术在节能环保上也有很大作用。
在热储能技术的有效利用下,能够有效控制锅炉的运行,减少锅炉启停对机器的磨损,控制供暖与锅炉的关系,较之传统供热系统,节省能源40%-60%,为运营商带来了经济效益。
三、热储能技术的应用1、热电联供热。
热电联供热采用的是冷热负荷配平方法及热储能技术,使得能量在低峰就可以被储存,以备高峰时期使用。
在这个过程中不仅可以充分利用余热,而且可以节约大量燃料,同时也减轻了环境压力。
2、储能型空调。
储能型空调是将低能耗集中到晚上,把高能耗集中到白天,利用热量变化为电量储存起来,以达到节省能源以及排放松迫的目的。
特别是在夏季供给越来越紧张的情况下,该技术是至关重要的。
3、地源热泵空调。
地源热泵空调系统,是将土豆强行运转利用的一种空调系统,这种系统在运作中,会将地底的高温能源不间断地输送到楼体下部的水冷却器处。
而当系统需要恒温时,可以通过储罐里的高热能储量来进行供暖。
四、未来热储能技术的发展趋势虽然目前热储能技术已经在供热行业发挥了良好的作用,但仍然存在着一些可改进的地方。
储能技术及应用研究随着工业、科技和人口的发展,能源需求不断增加。
传统的化石燃料和核能等能源存在着严重的环境和安全问题,因此,寻找一种新型的,清洁的,可再生的能源成为了当代社会的重要任务。
同时,由于电力系统的不稳定性,储能技术的应用也日益受到重视。
储能技术是目前国际能源领域的研究热点之一。
它可以减轻电网的负荷,提升电网的稳定性,并实现可再生能源的高效利用。
这些技术涵盖了多种类型,如机械能、化学能、电磁能和热能等。
下文将分别介绍不同类型的储能技术及其应用研究。
1. 机械能储能技术机械能储能技术包括水力储能和风力储能。
水力储能的应用历史悠久,是目前最成熟和最常见的储能技术之一。
水力储能系统通过将电能转换为机械能,将水泵到高峰,待需要时,放水利用水能发电。
风力储能也是一种重要的储能技术,主要通过将风能转化为电能,再将电能储存在电池中,待需要时将其释放。
近年来,随着新技术的推出,风力储能系统的效率和可靠性有了很大的提高,其应用前景十分广阔。
2. 化学能储能技术化学能储能技术包括电池储能和氢储能。
电池储能技术是目前最常见的电能储存方式之一。
电池的种类有锂离子电池、钠离子电池和铅酸电池等。
锂离子电池是当前最常见和最常用的电池技术之一,具有能量密度高、容量大、寿命长等特点。
氢储能技术是一种目前广泛研究的化学能储能技术,主要包括氢气储存和燃料电池两种形式。
氢气储存主要通过将氢气压缩或液化的方式实现储存,而燃料电池主要通过将氢气氧化产生电能,同时排放的是无害的水。
3. 电磁能储能技术电磁能储能技术是一种新型的储能方式,主要包括超导电感器和电容器。
超导电感器是目前电磁能储存技术中效率最高的一种技术,但是其成本和制造难度较高。
电容器主要通过电场的方式实现电能的储存,具有价格低廉、寿命长等优点,但能量密度较低。
4. 热能储能技术热能储能技术主要是通过热能的形式进行储存,包括火蓄电池、热泵和热储。
火蓄电池是目前应用较广的热能储能技术,其通过将电能转换为热能,再将热能存储于石墨中。
斜温层储热关键技术研究与应用
•技术原理。
利用布水器在水罐中形成斜温层,通过控制布水器的流量和温度,实现热能的储存和释放1。
•应用领域。
水储能技术可以应用于火电灵活性改造、深度调峰、热电解耦、煤改电清洁供暖、谷电储热、太阳能、弃风/弃光等可再生能源消纳,同时实现优化、高效、安全、灵活的供热系统调节。
•技术成果。
在国家电投集团霍林河坑口发电厂储热调峰项目和宝之谷国际会议中心综合智慧能源项目中,使用该项目成果的水储罐的储热效率可达到97%,相比之下,国内外同类项目储罐的储热效率在85%至92%之间,储热效率到达国际先进水平。
储热技术的研究与应用余热利用分析报告第一章工业热能现状及利用率1.1余热能源现状当前,我国能源利用仍然存在着利用效率低、经济效益差,生态环境压力大的主要问题。
节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容,是解决我国能源问题的根本途径,处于优先发展的地位。
实现节能减排、提高能源利用率的目标主要依靠工业领域。
我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70%,主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30%左右。
除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外,工业余热利用率低,能源没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因。
我国能源利用率仅为33%左右,比发达国家低约10%。
至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。
因此从另一角度看,我国工业余热资源丰富,广泛存在于工业各行业生产过程中,余热资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,其中可回收率达60%,余热利用率提升空间大,节能潜力巨大。
工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”,近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。
工业余热来源于各种工业炉窑热能动力装置、热能利用设备、余热利用装置和各种有反应热产生的化工过程等。
目前,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。
合理充分利用工业余热可以降低单位产品能耗,取得可观的经济效益。
工业余热按其能量形态可以分为三大类,即可燃性余热、载热性余热和有压性余热。
1)可燃性余热可燃性余热是指能用工艺装置排放出来的、具有化学热值和物理显热,还可作燃料利用的可燃物,即排放的可燃废气、废液、废料等,如放散的高炉气、焦炉气、转炉气、油田伴生气、炼油气、矿井瓦斯、炭黑尾气、纸浆黑液、甘蔗渣、木屑、可燃垃圾等。
2)载热性余热常见的大多数余热是载热性余热,它包括排出的废气和产品、物料、废物、工质等所带走的高温热以及化学反应热等,如锅炉与窑炉的烟道气,燃气轮机、内燃机等动力机械的排气,焦炭、钢铁铸件、水泥、炉渣的高温显热,凝结水、冷却水、放散热风等带走的显热,以及排放的废气潜热等。
3)有压性余热有压性余热通常又叫余压(能),它是指排气排水等有压液体的能量。
另外,因为工业余热的温度是衡量其质量(品位)的重要标尺,而其温度的高低亦影响了余热回收利用的方式,所以余热也通常按温度高低分为:高温余热,T≥650℃;中温余热,230℃≤T<650℃;低温余热,T<230℃。
余热资源来源广泛、温度范围广、存在形式多样.从利用角度看,余热资源一般具有以下共同点:由于工艺生产过程中存在周期性、间断性或生产波动,导致余热量不稳定;余热介质性质恶劣,如烟气中含尘量大或含有腐蚀性物质;余热利用装置受场地等固有条件限制。
1.2余热现状见附件第二章储热技术的发展及储热材料分类2.1储热材料的分类目前,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。
2.1.1显热储热是利用材料所固有的热容进行的热量储存形式。
目前主要应用的显热储热材料有硅质、镁质耐火砖,三氧化二铁、铸钢铸铁、水、导热油、沙石等热容较大的物质,其中,水的比热大,成本低,主要用于低温储热;导热油、硝酸盐的沸点比较高,可用于太阳能中温储热。
这种蓄热方式原理简单、技术较成熟、材料来源丰富且成本低廉,因此广泛地应用于化工、冶金、热动等热能储存与转化领域。
但这类材料储能密度低、不适宜工作在较高温度环境中。
2.1.2热化学反应储热是利用可逆化学反应,通过热能与化学热的转化来进行储能的。
目前已经研究过70多种热化学反应,但很理想的反应体系并不多。
典型的热化学反应储能体系有无机氢氧化物分解,氨的分解、碳酸化合物分解、甲烷-二氧化碳催化重整、铵盐热分解、有机物的氢化和脱氢反应等。
热化学反应储能的主要优点是蓄热量大,使用的温度范围比较宽,不需要绝缘的储热罐,而且如果反应过程能用催化剂或反应物控制,可长期储存热量,特别适用于太阳能热发电中的太阳热能储存。
但该技术实现化学反应系统与储热系统的结合还处于研究阶段,距离规模应用尚远。
2.1.3相变储热是利用相变材料在物态变化时,吸收或放出大量潜热而进行的。
通常按照相变形式和相变温度的不同,相变储热材料可进行进一步的细分。
根据相变形式的不同,相变材料可分为固-固相变、固-液相变、固-气相变和液-气相变。
其中固-气相变和液-气相变两种形式,虽有很大的相变潜热,但由于相变过程中大量气体的存在,使材料体积变化较大,难以实际应用。
固-固相变、固-液相变是研究和实际中采用较多的相变类型。
然而,固-固相变储能材料的开发时间相对较短,大量的研究工作还没深入开展,因此其应用范围没有固-液相变材料宽广。
按照相变温度范围的不同,相变材料又分为高温、中温、低温相变储热材料。
各温度范围间并没有明显清晰的界限,常发生较大范围的重叠,但因实际应用时需要储存的热源有一定的温度范围,这种按相变温度分类的方法更实用。
一般的,把相变温度为120℃和400℃作为低、中、高温相变储热材料的温度节点。
低温相变储热——相变温度在120℃以下,此类材料在建筑和日常生活中的应用较为广泛,包括空调制冷、太阳能低温热利用及供暖空调系统,尤其以热水应用的最为广泛。
这类相变材料主要包括无机水合盐、有机物和高分子等。
在此应用温度范围内的蓄热技术基本成熟。
中温相变储热——相变温度范围为120~400℃。
中温相变储热材料的效率相对较低,体积和质量相对庞大,适合大规模应用,主要针对地面民用领域,经常作为其他设备或应用场合的加热源,可用于太阳能热发电、移动蓄热等相关领域。
这类材料有硝酸盐、硫酸盐和碱类。
另外,通过将2种或2种以上无机或有机类相变材料结合在一起进行复合也是制备中温相变储热材料的一种可行途径。
高温相变储热——相变温度在400℃以上,主要应用于小功率电站、太阳能发电、工业余热回收等方面,一般分为3类:盐与复合盐、金属与合金和高温复合相变材料。
2.2相变储热技术的发展相变储能是材料科学与能源科学的交又学科,相变储能技术是解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾,用于满足人们在工程和产品的技术经济要求而又提高能源利用率的有效手段,因此它在电力系统调峰、航空航天、太阳能利用、余热回收、采暖空调及家用电器工业等领域,可以得到广泛的应用。
从20世纪70年代开始,国际上较集中地进行这一领域的研究到现在,相变材料及相变储能技木得到了极大的发展,各发达国家在探索高储能密度,性能稳定和具有高性能价格比的共品盐,合金和复合相变材料的研究上和相变储能技术应用上已渐成体系,少部分相变材料和技术应用已经商业化,而且正在打进我国的市场,与此同时,也出版了相当数量的论文和材料手册及少量的专著,从20世纪70年代未期起,我国开始对相变材料和相变储能技术展开研究,因为难度较大,所以研究工作是零散的。
而较全面和系统的研究则从20世纪80 年代中后期开始,在中国科学院和少数高等院校进行。
由于得到国家自然科学基金委员会,中国科学院和各部委的支持,十多年来,我国在这一领域的研究取得了长足的进步,但是,应该看到,与发达国家相比,我们的差距仍是存在的,这种差距也表现在相变储能领域的科技文献和专著较少。
最近的两年,能源的紧张和能源利用中的环境污染间题促使人们强烈要求使用具有间歇性的太阳能,风能或廉价电力等清沽能源以及工业余热资源。
与此同时,我国为了克服电力负荷峰谷差严重的现状,在全国实行峰谷电价政策来鼓励工业和民间在采暖,制冷空调,热水供应,热风干燥及其他方面使用谷期电力,这都对相变储能技术的实际应用提出了挑战,人们希望具有体积小,寿命长,性能稳定和性价比良好的相变储能装置付之实用或代持体积庞大的蓄热式电锅炉。
同时可再生能源利用的迅猛发展,也要求具有先进的储能技术。
国民经济和市场的追切要求,激起了科技界、工业企业界研究和开发相变材料和相变储能技术的热潮。
2.3相变储能技术的原理热能可通过物质(材料的显热或者潜热(相变热)来储存,显热储能系统在储能和释能过程是利用材料的比热容和材料的温度变化来进行的, 在不大的温变范围, 材料的比热容是基本不变的, 因此, 显热储能的最大优点是在系统有效的使用寿命周期内, 其储能和释能过程是完全可逆的, 而目,在系统运行过程中,技术上需要考虑的不稳定因素较少,因此,显热储存系统结构简单,运行方便, 但是, 其最重要的缺点是储能密度较小, 即单位体积所能储存的能量较少, 这就使得储能装置的体积往往过于庞大。
潜热储存, 即相变储能是利用物态转变过程中伴随的能量吸收和释放而进行的, 潜热储存比显热储存具有高得多的储能密度, 以水为例, 水在大气圧力下, 水沸腾其潜热约为2260kJ/kg,冰融化其潜热是355kJ/kg,而水在一个大气压下,从20℃加热到40℃,温差为20℃的显热仅为84kJ/kg,这就可以看出这两种储能方式效果的明显差别。
那么, 相変储能技术的基本原理是什么?物质从一种状态变到另一种状态叫相变, 物质的相变通常存在以下几种相变形式: 固一气、液一气、固一液, 而第四种固--固则是属于从一种结晶形式转变为另一形式的相转変,相变过程一般是一等温或近似等温过程。
相变过程中伴有能量的吸收或释放,这部分能量称为相变潜热。
相变潜热一般较大,不同物质其相变潜热差别较大,无机水合盐和有机酸的相变潛热在100~300kJ/kg,无机盐LiF可高达1044kJ/k9,金属在40o~510kJ/kg之间,利用这个特点,我们可以在物质升温过程吸收的相变潜热, 加上吸收的显热一起储存起来加以利用。
第三章相变储热材料的研究及应用方向3.1技术研究随着社会经济的发展,人类对能源的需求日益增加。
为此,人们开始寻找绿色可再生能源去取代地球上日趋匮乏的资源,例如太阳能、风能、地热能等。
然而,这些能源的间歇性给人类的利用带来极大不便,如何将能源进行很好的储存就显得尤为重要。
目前在热能领域,尽管多数采用显热方式进行储能,但其储热量小,放热不恒温、储热装置庞大等缺点已经影响了其进一步的应用。
是否能够找到一种储热量大,且吸/放热量时其温度保持不变的材料呢?潜热储能(相变储能)方式的发现恰好解决了显热储能的缺憾。
国外对相变储能材料的研究工作始于20世纪60年代。
最早是以节能为目的,从太阳能和风能的利用及废热回收,经过不断的发展,逐渐扩展到化工、航天、电子等领域。
近年来最主要的研究和应用集中在建筑物的集中空调、采暖及被动式太阳房等领域。
国外研究机构和科研人员对蓄热材料的理论研究工作,尤其是对蓄热材料的组成、蓄热容量随热循环变化情况、相变寿命、储存设备等进行了详细的研究,在实际应用上也取得了很大进展。
相对于已经进入实用阶段的发达国家,我国在20世纪70年代末80年代初才开始对蓄热材料进行研究,所以国内相变储能材料的理论和应用研究还比较薄弱。