储热储冷技术2021年研究进展

2022.03.18 来自：储能科学与技术

热储冷技术具有规模大、成本低、寿命长等优点，在电力、建筑、工业等领域得到广泛应用。根据存储方式不同，储热储冷技术可分为显热、潜热和热化学储热三类。2021年，我国学者在储热材料物性调控机理、储热换热特性与强化、储热材料制备技术、系统控制与优化技术、系统集成示范等方面，取得了重要进展。

1、基础研究

在储热材料物性调控及其机理方面，形成从量子力学到牛顿力学，从纳米尺度到宏观的多尺度研究手段。基于第一性原理对物质电子和晶格的热运动规律进行研究，得到材料物性的调控方法；采用分子动力学对物质原子体系行为进行研究，得到物质的微观热物性机理，尤其是揭示了热化学储热的核壳结构。在温度对能垒的作用，材料原子间相互作用，热作用下晶格振动和电子运动规律等的研究方面取得了较大进展。研究了新工质和维持多孔物理吸附材料反应活性和吸附循环热稳定性的方法；利用相图理论发展了低熔点高分解温度混合熔盐的设计方法。

储热换热特性与机理方面，在相变材料中添加一维到三维的纳米尺度高导热材料，形成热输运通道和增加声子传输能力。Tian等开展了利用莫里定律的仿生储热换热研究；Yao等基于拓扑优化方法获得储热换热器新结构；Yu等研发了熔盐纳米流体的比热容提升和对流传热强化特性，熔盐纳米流体的比热容提升和对流传热强化机理等；Lin等研究了新型喷淋式填充床内渗流流动及储热特性；文献[64-66]研究了多种水合盐类、糖醇类和石蜡类储释热性能，并且开展多种复合强化、微胶囊化、翅片增强等方法研究；Chen等研究了相变材料储释热过程体积变化产生的缩孔缩松特征及其影响。Feng等在吸附式储热储冷方面、新工质和维持多孔物理吸附材料反应活性、吸附循环热稳定性等方面有较多研究。

2、关键技术

在储热储冷材料制备技术方面，基于碳化硅、黑刚玉与高岭土等材料研制出可在1100℃条件下安全使用的储热陶瓷颗粒材料；在熔盐储热材料方面，重点开展了低熔点二元熔盐、低熔点高温三元熔盐体系研究。Guo等研发了碱金属和碱土金属的氯化物熔盐体系，实现了700℃下氯化物熔盐对316不锈钢的腐蚀速率低于205.37μm/年；还开展了复合相变、定形相变和仿生相变储热材料研究，提出了基于纳米颗粒、多孔仿生陶瓷、共晶盐体系的比热容和热导率协同提升方法，导热系数可达116 W/(mK)[71]；在太阳能热化学储热方面，韩翔宇等开展了Co3O4/CoO等金属氧化物反应物体系和钙基热化学储热的动力学研究；Liu等实现了太阳能直接驱动光热转换与热化学储热一体化。

在储热储冷装置设计技术方面，贺明飞等研究了大容量长周期跨季节储热，进行了蓄热水体承重浮顶热力耦合特性和逆斜温层控制技术研究；Guo等研究了土壤跨季节储热的传蓄热机理和结构参数；Zhu等和Liu等研究了换热器、热管等相变储冷储热强化技术，Chen等开展了高效动态冰浆蓄冷换热性能研究与性能优化等。

在系统控制与优化方面，研究人员开展了储热储冷应用于太阳能热发电、火电调峰、风电消纳、分布式能源系统等领域的能源系统设计、参数优化和运行调控策略等方面研究；张涵等研究了热泵储电、卡诺电池等以热能和冷能存储电能的新型储能系统；林酿志等和徐德厚等开展了基于水体和土壤等方式的大容量长周期跨季节储热研究，建立了考虑技术经济性的储热供热系统性能分析方法。

3、集成示范

在储热集成示范方面，2021年度在敦煌建成了采用熔盐储热的50 MW线性菲涅尔式太阳能热发电站，热熔盐温度550℃，冷熔盐温度290℃，熔盐储热可发电750 MW·h；在新疆哈密建成了50 MW熔盐塔式光热发电，采用熔盐储热可实现12 h连续发电；在河北黄帝城建成1.06万m3水体储热的太阳能储热采暖项目，在北京建立了50 kW/500 kW·h中低温热化学储热中试系统；在张家口建成100 MW亚临界水蓄热子系统应用于100 MW先进压缩空气储能系统；在张家口应用水合盐相变材料实现为冬奥会转播中心供暖。江苏金合公司己实现中高温复合相变材料及其系统技术(450～750℃)的规模化应用。

在储冷集成示范方面，在北京环球影城建成三联供系统耦合冰蓄冷系统，每年冰蓄冷系统“移峰填谷”的电量可达630万kW·h；北京用友软件园采用冰储冷技术，为18.5万m2建筑供热供冷；相变储冷材料、装备和系统研究进展迅速，基于相变材料的冷链运输技术已获得应用。

注：本文摘自《储能科学与技术》期刊，由王志峰、王亮、张雪松撰写。

第五届光热发电中东北非大会2022（时间待定，阿联酋迪拜）

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