蓄热技术应用场景

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； HVAC； 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

蓄热技术的研究进展与应用

摘 要 综述了蓄热技术的研究概况和发展现状，详细介绍了在工业和电力中的应用，并展望了今后的研究和发展方向。

关键词 蓄热，相变材料，能源

蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术[1 ，2 ]，可用于解决热能供给与求失配的矛盾，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[3 ，4 ]。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。但到达地球表面的太阳辐射，能量密度却很低，而且受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响，以及阴晴云雨等随机因素的制约，其辐射强度也不断发生变化，具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性[5，6 ]。为了保持供热或供电装置稳定不间断地运行，就需要蓄热装置把太阳能储存起来，在太阳能不足时再释放出来，从而满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。几乎所有用于采暖、供应热水、生产过程用热等的太阳能装置都需要储存热能。即使在外层空间，在地球轨道上运行的航天器由于受到地球阴影的遮挡，对太阳能的接收也存在不连续、间断的特点，因此空间发电系统也需要蓄热系统来维持连续稳定的运行。太阳能蓄热技术包括低温和高温两种。水是低温太阳能蓄热系统普遍使用的蓄热介质，石蜡以及无机水合盐也比较常用; 高温太阳能蓄热系统大多使用高温熔化盐类、混合盐类、金属或合金作为蓄热介质。

电极式电锅炉蓄热系统

一、 产品简介

工作电压： 一般采用中压电压≥ 6 kV；

大功率锅炉电压可达 kV；

控制电压380/220V ;

保护措施： 1、过流保护；

2、缺相保护；

3、短路保护；

4、三相不平衡保护;

加热原理：一般采用电厂除盐水,加入一定电解质,使炉水具有一定电阻;利用水的高热阻特性,直接将电能转换为热能并产生蒸汽的一种装置,装置包含高电阻绝缘的压力容器和三相电级;

结构形式：

名称 浸没式电极锅炉 喷射式电极锅炉

结构形式 连接高压电源电极直接浸没在锅炉炉水中进行加热;炉水与锅炉外壁采用绝缘隔离方式,避免锅炉金属筒体带电 炉水直接喷射到电极进行加热,不直接浸没在炉水中;电极与锅炉金属筒体

“相对隔离”,金属筒体不需要绝缘

循环水量 主要是补充“蒸发损失”的水量,用水量较少 喷射水量大,大功率的水量甚至达到 1000m3/h 以上

炉水导电率 100μ s/cm 左右 1700μ s/cm 左右 绝缘要求 要求与电极接触的炉水部分与锅炉金属筒体绝缘隔离 无要求

电源要求 对进线电源没有特殊要求 进线为三相四线中心点接地

蒸汽品质 含盐量低 含盐量高

功率调整范围：调整范围是1%-100%. 在 10%-100%的范围内可以做到无级调节;

优 点：

锅炉利用水的电阻性直接加热,电能100%转化成热量,基本无热损失;当锅炉缺水时,电极间的电流通道被切断,不存在类似常规锅炉干烧的现象;

体积小巧,启动速度快,从冷态启动到满负荷只需要几十分钟,从热态到满负荷只需1分钟;

在节能领域,电极热水锅炉结合大型蓄能设备,在低谷电价时间段把蓄能装置内热水加温,在高电价时使用,能够起到平衡电网负荷的作用;

图一：电极式电锅炉蓄热系统示意图

二、 国内外同类产品水平综述

电极锅炉的应用在国外由来已久,世界上第一台电极锅炉于1905年诞生于欧洲;国内针对电极锅炉的研究始于20世纪80年代,主要是电热水锅炉技术,通常使用的是380V动力电,常压水箱作为蓄热体,此设备占地面积大、系统热效率低;20世纪80年代,承压蓄热一体化锅炉能有效减小设备占地面积,缺点是承压蓄热电锅炉技术的单台设备不能适用于高于100 m3的蓄热体积;20世纪90年代,喷射式电极锅炉通过美国西屋公司进入中国,开始了长达十余年的价格垄断阶段;目前,国内的少数企业通过吸收欧洲技术并经过改造升级,形成了常压电极锅炉;

蓄热技术应用场景

蓄热技术是一种可以将热能储存起来，随后释放出来供给其他需求的技术。它可以应用于多个领域，下面是一些常见的蓄热技术应用场景：

1. 建筑暖通系统：蓄热技术可用于建筑暖通系统中，通过储存太阳能或者其他热源的热能，然后在需要供暖或者制冷的时候释放出来，达到节能效果。

2. 工业生产过程：在一些需要大量热能的工业生产过程中，蓄热技术可以帮助储存相对廉价的热能来供给高温的生产需求，提高热能利用效率。

3. 冷热储能系统：蓄热技术可以用于冷热储能系统中，通过储存热能和制冷能量，实现在高温和低温之间的能量转换，使得能源利用更加灵活高效。

4. 电力储能系统：蓄热技术也可以应用于电力储能系统中，例如利用电力将热能储存在熔盐中，随后利用热能再次发电。这种方式可以解决可再生能源发电的间歇性问题。

5. 交通运输领域：蓄热技术可以应用于交通运输领域，例如储存汽车排放的废热能，再利用该热能来驱动汽车，提高汽车能源利用效率。

总之，蓄热技术的应用场景非常广泛，可以帮助各个领域实现能源的高效利用，提高能源利用效率，降低能源消耗。