新型中高溫蓄熱技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

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(1.東莞理工學(xué)院 廣東省分布式能源系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 東莞 523808；2.中山大學(xué) 工學(xué)院，廣東 廣州 510006)

新型中高溫蓄熱技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

尹輝斌1，丁靜2，楊曉西1

(1.東莞理工學(xué)院 廣東省分布式能源系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 東莞 523808；2.中山大學(xué) 工學(xué)院，廣東 廣州 510006)

儲(chǔ)能作為能源利用的重要環(huán)節(jié)，對(duì)工業(yè)節(jié)能和可再生能源利用具有特別重要的作用。采用高溫轉(zhuǎn)換、利用中高溫蓄熱進(jìn)行穩(wěn)定的能量供應(yīng)，是提高利用效率的根本途徑。而提高蓄熱系統(tǒng)的傳熱速率、蓄熱效率、蓄熱容量和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等是目前面臨的重要課題，本文介紹了在中高溫蓄熱技術(shù)方面的最新進(jìn)展及研究重點(diǎn)，其發(fā)展思路是開(kāi)發(fā)新型高效的傳熱蓄熱材料、發(fā)展過(guò)程可控的蓄熱方式、實(shí)現(xiàn)蓄熱系統(tǒng)的控制策略與集成優(yōu)化。

可再生能源；工業(yè)節(jié)能；中高溫；蓄熱

能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有特別重要的戰(zhàn)略地位。規(guī)?；稍偕茉词俏磥?lái)能源的發(fā)展重點(diǎn)，但由于其間歇性和不能穩(wěn)定供應(yīng)的缺陷，能源的供應(yīng)和需求之間，往往存在數(shù)量上、形態(tài)上和空間上的差異，不能滿足工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)供能的要求。工業(yè)是我國(guó)最大的終端用能消費(fèi)部門(mén)，占全國(guó)能源消費(fèi)總量的比重一直維持在70%左右，一次能源利用率大大低于先進(jìn)國(guó)家，主要原因之一是間歇式高品質(zhì)余熱沒(méi)有得到有效利用。因此，必須積極開(kāi)展能源的綜合梯級(jí)利用技術(shù)，發(fā)展高效蓄熱技術(shù)，以提高能源利用效率[1]。

熱利用及蓄熱按照工作溫度通?？梢詣澐譃槿齻€(gè)區(qū)段：(1)低溫：100℃以下，主要用于廢熱回收、太陽(yáng)能低溫?zé)崂靡约肮┡涂照{(diào)系統(tǒng)；(2)中溫：100～250℃，一般為工業(yè)用熱；(3)高溫：250～1 000℃，常用于高溫余熱回收利用、熱機(jī)、太陽(yáng)能熱電站、太陽(yáng)能熱解制氫、磁流體發(fā)電以及人造衛(wèi)星。對(duì)眾多的熱轉(zhuǎn)換利用方式而言，采用高溫轉(zhuǎn)換，盡可能提高轉(zhuǎn)換與輸出熱能的溫度，利用中高溫蓄熱進(jìn)行穩(wěn)定的能量供應(yīng)，是提高利用效率的根本途徑，也是可再生能源低成本、規(guī)?；?、連續(xù)利用的關(guān)鍵技術(shù)之一，文獻(xiàn)[2]介紹了應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電中的關(guān)鍵單元技術(shù)—高溫蓄熱技術(shù)及系統(tǒng)。隨著人們對(duì)節(jié)約資源、開(kāi)發(fā)新能源和環(huán)境保護(hù)的重視，蓄熱技術(shù)已越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注，而提高中高溫蓄熱系統(tǒng)的傳熱速率、蓄熱效率、蓄熱容量和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等是目前面臨的重要課題，科研工作者和工程技術(shù)人員針對(duì)其中的關(guān)鍵單元技術(shù)進(jìn)行了不懈的努力和探索，并取得了一些新的進(jìn)展。

1 新型傳熱蓄熱材料開(kāi)發(fā)

蓄熱技術(shù)的核心和基礎(chǔ)是蓄熱材料。意大利國(guó)家新技術(shù)、能源與環(huán)境署前主席，1984年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者卡洛·魯比亞(Carlo Rubbia)指出：“太陽(yáng)輻射是資源最豐富的能源，而帶蓄熱裝置的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)則是收集這種能源最經(jīng)濟(jì)的方式”。在現(xiàn)有的蓄熱介質(zhì)中，卡洛·魯比亞最推崇熔融鹽(或簡(jiǎn)稱熔鹽)，認(rèn)為“熔融鹽的熱容量最大、熱損最低、價(jià)格便宜，是最經(jīng)濟(jì)的蓄熱介質(zhì)”。但熔融鹽的缺點(diǎn)在于熔點(diǎn)高，系統(tǒng)需在高溫下運(yùn)行，從而使熔融鹽系統(tǒng)初始操作程序變得復(fù)雜，增加系統(tǒng)的初始運(yùn)行成本，同時(shí)還會(huì)增加由于溫度波動(dòng)造成熔融鹽管路凍堵的風(fēng)險(xiǎn)，因此用于中高溫蓄熱的熔融鹽介質(zhì)的熔點(diǎn)越低越好。為了降低成本、提高效率，當(dāng)前發(fā)電機(jī)組向超臨界和超超臨界方向發(fā)展，這就要求蒸汽的溫度在600℃以上，甚至更高。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)具有低熔點(diǎn)、高使用溫度的新型混合熔融鹽[3]。C.Y. Zhao和Z.G.Wu[4]研制了一系列KNO3、LiNO3、Ca(NO3)2三元硝酸熔融鹽混合物，其中部分熔融鹽具有優(yōu)越的熱性能，例如低熔點(diǎn)(<100℃)、高溫?zé)岱€(wěn)定性(可達(dá)500℃)、低粘度(在190℃時(shí)低于5 cP)。北京工業(yè)大學(xué)以KNO3、LiNO3、NaNO3為原料，增加1種添加劑，也開(kāi)發(fā)出了凝固點(diǎn)溫度低于100℃的高性能熔融鹽，并且分解溫度可達(dá)600℃以上[5]。

材料的復(fù)合化是材料發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。中高溫復(fù)合相變蓄熱材料有利于結(jié)合顯熱與潛熱蓄熱材料的優(yōu)點(diǎn)，為中高溫相變材料的微封裝防腐蝕技術(shù)提供了更新的思路。結(jié)構(gòu)支撐材料有利于實(shí)現(xiàn)復(fù)合體的定型結(jié)構(gòu)，同時(shí)導(dǎo)熱強(qiáng)化材料的微納米摻雜易于實(shí)現(xiàn)中高溫蓄熱材料的傳熱過(guò)程可調(diào)，提高蓄熱材料的蓄/放熱速率，開(kāi)發(fā)高性能納微復(fù)合結(jié)構(gòu)蓄熱材料對(duì)中高溫蓄熱領(lǐng)域尤其是太陽(yáng)能熱發(fā)電、工業(yè)余熱回收等領(lǐng)域具有重要意義[6]。譬如采用一定的復(fù)合工藝，將熔融鹽與合適的基體材料復(fù)合，熔融鹽具有很大的相變潛熱和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，基體材料能夠強(qiáng)化蓄/放熱過(guò)程的傳熱，并解決蓄熱材料液相的泄漏和腐蝕問(wèn)題。程曉敏等[7]以熱焓值較大的Al為主組分，加入高密度的Cu提高材料體積熱容和熱循環(huán)使用壽命，添加Mg、Zn調(diào)節(jié)合金的相變溫度，進(jìn)行合金成分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，發(fā)明了一種Al-Cu-Mg-Zn高溫相變儲(chǔ)熱材料，具有相變潛熱高、相變穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)熱密度高的特點(diǎn)，可應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。

2 新型中高溫蓄熱方法

在新型蓄熱方法(理念)方面，德國(guó)航天航空研究中心(DLR)提出了一種單罐蓄熱新方法，結(jié)構(gòu)如圖1所示，利用可活動(dòng)的機(jī)械壁面將一個(gè)罐分為兩部分，分別儲(chǔ)存高溫熔鹽和低溫熔鹽。在蓄熱過(guò)程中，經(jīng)過(guò)換熱器或者吸熱器升溫后的熔鹽進(jìn)入單罐的高溫部分，使得高溫熔鹽體積增加，推動(dòng)分隔壁面移動(dòng)使低溫熔鹽流出蓄熱罐，使得低溫熔鹽的體積減少，但整個(gè)蓄熱單罐的熔鹽體積保持不變，放熱過(guò)程與蓄熱過(guò)程原理相同。此方法的好處是減少了一個(gè)單罐的投資費(fèi)用，由于單罐間采用了分隔界面使得冷、熱熔鹽的熱損失比斜溫層單罐蓄熱要減少，同時(shí)其結(jié)構(gòu)和控制過(guò)程都比斜溫層單罐蓄熱簡(jiǎn)單，但其實(shí)際應(yīng)用可行性需要得到更深入的研究。

DLR同時(shí)應(yīng)用流化床的概念研制了一種蓄熱方法，其原理如圖2所示，來(lái)自塔式吸熱器的高溫空氣與流動(dòng)的砂石進(jìn)行充分的換熱，高溫空氣中的大部分熱量可以傳遞給砂石，升溫后的砂石則儲(chǔ)存在熱罐中，需要時(shí)與水進(jìn)行換熱產(chǎn)生高溫水蒸氣用來(lái)發(fā)電，降溫后的砂石回到冷罐完成一個(gè)循環(huán)。由于來(lái)自容積吸熱器的空氣溫度非常高，整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率和蓄熱效率也相應(yīng)得到了提高[8]。

圖1 移動(dòng)隔板式蓄熱方法

圖2 砂石流化床蓄熱方法

Verena等[9]提出了采用螺旋換熱器(Screw Heat Exchanger)的高溫潛熱蓄熱方法，在蓄熱介質(zhì)發(fā)生相變的過(guò)程中，利用螺旋片的自清潔效果來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相流體的輸送。為了分析螺旋換熱器中相變及傳遞過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特性，以導(dǎo)熱油作為傳熱流體，NaNO3和KNO3共晶混合物作為相變蓄熱介質(zhì)，構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)室模型并進(jìn)行了整體性能測(cè)試，螺旋換熱器的構(gòu)造如圖3所示。為了提高蓄/放熱效率，需要對(duì)相變蓄熱介質(zhì)的進(jìn)料結(jié)構(gòu)和進(jìn)料方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中設(shè)置了5個(gè)可調(diào)節(jié)的閥門(mén)控制液體熔融鹽的流量，而固體顆粒狀的熔融鹽則只設(shè)置了一個(gè)進(jìn)口，蓄熱介質(zhì)的填充量可根據(jù)換熱器中轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。蓄熱介質(zhì)分別貯存在熔融相變材料和固態(tài)相變材料兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，利用這種新型的固-液雙區(qū)域蓄熱理念，可以縮小傳熱蓄熱設(shè)備尺寸，從而有望開(kāi)發(fā)出一種經(jīng)濟(jì)上可行的中高溫潛熱蓄熱技術(shù)。

圖3 用于相變蓄熱的螺旋換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

Adinberg等[10]提出了一種回流傳熱蓄熱(Reflux heat transfer storage)方法，利用高傳熱性能的中間流體進(jìn)行蓄熱，如圖4所示。該方法基于中間傳熱流體中發(fā)生的回流蒸發(fā)-冷凝現(xiàn)象，整個(gè)蓄熱系統(tǒng)主要包括相變材料蓄熱單元以及安置在相變材料外部的蓄熱換熱器和放熱換熱器，其中蓄熱換熱器浸沒(méi)在液態(tài)中間傳熱流體中。在蓄熱過(guò)程中，液態(tài)傳熱流體蒸發(fā)吸收熱量，產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)分布在相變材料內(nèi)部的傳輸通道向上流動(dòng)，然后在通道表面上進(jìn)行冷凝，其中所攜帶的潛熱通過(guò)壁面以熱傳導(dǎo)方式傳遞給相變材料，冷凝后的傳熱流體再在重力作用下流回液體池。在放熱過(guò)程中，高溫的相變材料促使液態(tài)傳熱流體蒸發(fā)，蒸汽在流經(jīng)蓄熱單元頂部的放熱換熱器時(shí)再將熱量傳遞給工作流體。Adinberg還建立實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)該蓄熱方法的可行性和效果進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用NaCl作為相變材料、金屬鈉作為中間傳熱介質(zhì)，可以達(dá)到800℃的蓄熱溫度。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)研究了鋅-錫合金作為相變材料、聯(lián)苯-苯醚共晶混合物作為傳熱流體的蓄熱系統(tǒng)性能，可在350～400℃的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生高溫過(guò)熱蒸汽[11]。

圖4 回流傳熱蓄熱方法原理示意圖

在熱化學(xué)蓄熱方面，目前典型的太陽(yáng)能熱化學(xué)反應(yīng)器是體積式反應(yīng)器，這類(lèi)反應(yīng)器工作時(shí)一般置于聚焦太陽(yáng)光焦面處，聚焦太陽(yáng)光直接照射到催化劑上為化學(xué)反應(yīng)提供能量從而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。由于太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度時(shí)段性變化，反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)與太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度變化相耦合，反應(yīng)溫度和速度等參數(shù)不穩(wěn)定，影響化學(xué)反應(yīng)和儲(chǔ)能效率。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，中山大學(xué)丁靜、楊建平等[12]提出了一種太陽(yáng)能熱化學(xué)混合儲(chǔ)能裝置和方法，主要包括裝置本體、反應(yīng)系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)，如圖5所示。其中蓄熱系統(tǒng)設(shè)置在裝置本體內(nèi)，包括蓄熱腔和蓄熱介質(zhì)，蓄熱腔為裝置本體與反應(yīng)系統(tǒng)之間的空腔，中間填充有蓄熱介質(zhì)。蓄熱介質(zhì)可以為顯熱蓄熱介質(zhì)或相變蓄熱介質(zhì)，若為相變蓄熱介質(zhì)，則其相變溫度需高于反應(yīng)溫度。為提高蓄熱介質(zhì)的蓄放熱速度，蓄熱介質(zhì)內(nèi)可以加入金屬絲網(wǎng)等強(qiáng)化傳熱裝置。反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置在蓄熱系統(tǒng)內(nèi)，輸入輸出系統(tǒng)分別與反應(yīng)系統(tǒng)的原料輸入口和反應(yīng)產(chǎn)物輸出口相連，裝置本體上設(shè)置有石英窗口，聚光太陽(yáng)輻射透過(guò)石英窗口加熱蓄熱系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)系統(tǒng)在催化劑作用下吸收太陽(yáng)能進(jìn)行化學(xué)儲(chǔ)能，蓄熱系統(tǒng)吸收太陽(yáng)輻射進(jìn)行顯熱或相變儲(chǔ)熱。使用該裝置儲(chǔ)存太陽(yáng)能時(shí)，蓄熱系統(tǒng)可以維持化學(xué)反應(yīng)的高效穩(wěn)定進(jìn)行并在無(wú)太陽(yáng)輻射時(shí)繼續(xù)熱化學(xué)儲(chǔ)能，直至蓄熱系統(tǒng)溫度低于最低反應(yīng)溫度值。該裝置和方法結(jié)合了熱化學(xué)儲(chǔ)能和顯熱、潛熱儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)，具有儲(chǔ)能容量大、運(yùn)行高效穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，從而滿足工業(yè)上規(guī)?；?yáng)能中高溫?zé)崂玫囊蟆?/p>

圖5 太陽(yáng)能熱化學(xué)混合儲(chǔ)能裝置

3 中高溫蓄熱發(fā)展趨勢(shì)

在美國(guó)能源部出臺(tái)的《太陽(yáng)能技術(shù)多年期計(jì)劃》(Multi Year Program Plan 2008-2012)中，關(guān)于蓄熱技術(shù)列出了如下計(jì)劃：

(1)開(kāi)發(fā)能夠在80～500℃溫度范圍內(nèi)運(yùn)行并具有較大比熱容的共晶鹽；

(2)利用超臨界傳熱流體結(jié)合陶瓷溫躍層蓄熱降低儲(chǔ)能成本；

(3)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證固態(tài)顯熱蓄熱模塊；

(4)研發(fā)利用CO2作為傳熱流體和固態(tài)陶瓷蓄熱的新型蓄熱方法；

(5)探索利用熱化學(xué)循環(huán)儲(chǔ)能；

(6)在熔融鹽材料中制備碳納米管懸浮液，以提高熔融鹽高溫?zé)岱€(wěn)定性、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)；

(7)研究超高溫混凝土的特性，特別是600℃以上的性能；

(8)探索和比較多種形式的儲(chǔ)能系統(tǒng)性能[13]。

我國(guó)十分重視儲(chǔ)能技術(shù)的研究，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》和《國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》將儲(chǔ)能技術(shù)列為重要研究?jī)?nèi)容。在可再生能源利用方面，《國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃(2011-2015)》中則明確提出開(kāi)發(fā)大規(guī)模太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，重點(diǎn)包括600℃大規(guī)模低成本蓄熱技術(shù)以及聚光-吸熱-蓄熱等能量傳遞與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的集成應(yīng)用特性。當(dāng)前，面向承擔(dān)基礎(chǔ)電力負(fù)荷的“大容量-高參數(shù)-長(zhǎng)周期儲(chǔ)熱”是國(guó)際太陽(yáng)能熱發(fā)電的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，降低蓄熱系統(tǒng)造價(jià)以及提高蓄熱材料性能是實(shí)現(xiàn)高效、規(guī)?；?、低成本太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵。國(guó)家科技部2012年3月頒布的《太陽(yáng)能發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》也明確指出，開(kāi)展“面向高參數(shù)-高效率-穩(wěn)定輸出的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)研究，突破次高參數(shù)熔融鹽吸熱-儲(chǔ)熱塔式發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備”、“掌握高溫段(450℃以上)儲(chǔ)熱材料設(shè)計(jì)、制備、大容量?jī)?chǔ)熱系統(tǒng)熱損抑制，形成分布式和大容量集中太陽(yáng)能儲(chǔ)熱與供熱系統(tǒng)示范”[14-15]。

中高溫蓄熱技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究涵蓋材料科學(xué)與工程、熱能工程、化學(xué)工程等多個(gè)學(xué)科，并涉及諸多自動(dòng)化控制、工程建設(shè)等方面的問(wèn)題，需要綜合考慮技術(shù)性能、成本效益和環(huán)境影響等多方面因素，其發(fā)展思路是開(kāi)發(fā)高蓄熱密度、高使用溫度、高蓄/放熱速率、低成本、環(huán)境友好的蓄熱介質(zhì)材料，研究過(guò)程可控的蓄熱方法及系統(tǒng)[16]。具體來(lái)說(shuō)，中高溫蓄熱技術(shù)的研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)包括以下幾個(gè)方面：

(1)熔融鹽傳熱蓄熱技術(shù)：熔融鹽使用溫度高，有利于提高熱功轉(zhuǎn)換的蒸汽參數(shù)，從而提高發(fā)電效率，因此采用熔融鹽是今后中高溫蓄熱的發(fā)展方向，而尋找性能優(yōu)越的混合熔融鹽成為熔融鹽傳熱蓄熱研究的切入點(diǎn)之一，其發(fā)展方向則是提高熔融鹽材料的高溫化學(xué)穩(wěn)定性、降低凝固點(diǎn)、拓寬使用溫度范圍、降低運(yùn)動(dòng)粘度、降低對(duì)容器的腐蝕性以及降低成本;

(2)新型傳熱蓄熱工質(zhì)：針對(duì)不同的儲(chǔ)能系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)適應(yīng)不同溫度段的經(jīng)濟(jì)高效蓄熱材料體系，譬如金屬纖維-相轉(zhuǎn)變復(fù)合材料、金屬結(jié)構(gòu)PCM、相變介質(zhì)定型化和梯級(jí)熔點(diǎn)混合工質(zhì)等，研究開(kāi)發(fā)離子液體、磁流變導(dǎo)熱油、磁流變?nèi)廴邴}強(qiáng)化傳熱機(jī)理；高溫混凝土的成本優(yōu)勢(shì)非常明顯，其研發(fā)方向主要是提高導(dǎo)熱系數(shù)、解決高溫時(shí)的開(kāi)裂以及降低成本，而包覆相變儲(chǔ)熱材料的混凝土蓄熱系統(tǒng)也是研究和應(yīng)用的方向；中高溫相變蓄熱的關(guān)鍵是提高相變蓄熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，除了研究?jī)?chǔ)能密度高、性能穩(wěn)定、相變溫度滿足不同用能溫位要求的能量系統(tǒng)以外，通過(guò)強(qiáng)化換熱改善蓄熱和放熱速率也是改善儲(chǔ)能系統(tǒng)性能的重要方向;

(3)熱化學(xué)蓄熱關(guān)鍵單元技術(shù)：基于化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性原則，選擇適用于儲(chǔ)能的化學(xué)反應(yīng)體系，包括無(wú)機(jī)氫氧化物的熱分解、甲烷重整和甲醇分解技術(shù)等，涉及新型氫氧化物體系、碳酸鹽反應(yīng)體系和催化劑材料、反應(yīng)器和換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。研究熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中伴隨反應(yīng)物物質(zhì)流所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存、熱再生效應(yīng)，為化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供支撐;

(4)蓄熱系統(tǒng)的控制策略與集成優(yōu)化：主要包括蓄熱系統(tǒng)在長(zhǎng)期循環(huán)高熱載荷和循環(huán)交變熱應(yīng)力工況下化學(xué)及力學(xué)穩(wěn)定性，強(qiáng)化蓄熱過(guò)程傳熱傳質(zhì)機(jī)理與方法，蓄熱器模型的優(yōu)化、基于終端用能系統(tǒng)運(yùn)行特征的蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)控。

4 結(jié)論與展望

采用高溫轉(zhuǎn)換、利用中高溫蓄熱進(jìn)行穩(wěn)定的能量供應(yīng)，是提高利用效率的根本途徑，也是可再生能源低成本、規(guī)模化、連續(xù)利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。高效蓄熱技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，正是遵循了吳仲華先生所提倡的“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”理論以及徐建中院士的科學(xué)用能論點(diǎn)，也符合“綠色、低碳”科技發(fā)展觀的要求，其發(fā)展思路是開(kāi)發(fā)新型高效的傳熱蓄熱材料、發(fā)展過(guò)程可控的蓄熱方式、實(shí)現(xiàn)蓄熱系統(tǒng)的控制策略與集成優(yōu)化。由于熔融鹽具有熱容量大、使用溫度高、低蒸汽壓、低粘度、化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，兼具蓄熱與傳熱功能，將是中高溫?zé)崂眉靶顭峒夹g(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。

[1]夏紅德,張華良,徐玉杰,等.我國(guó)工業(yè)節(jié)能潛力與對(duì)策分析[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2011,32(12):1992-1996.

[2]尹輝斌,丁靜,楊曉西.聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電中的蓄熱技術(shù)及系統(tǒng)[J].熱能動(dòng)力工程,2013,28(1):1-6.

[3]吳玉庭,任楠,劉斌,等.熔融鹽傳熱蓄熱及其在太陽(yáng)能熱發(fā)電中的應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè),2012(7):20-26.

[4]C.Y.Zhao,Z.G.Wu.Thermal property characterization of a low melting-temperature ternary nitrate salt mixture for thermal energy storage systems[J].Solar Energy Materials &

Solar Cells,2011,95:3341-3346.

[5]Ren N,Wu Y T,Ma C F.Preparation and experimental study of molten salt with low melting point[C]//Proceedings of the Solar PACES 2011 Conference.Spain,2011.

[6]葛志偉,葉鋒,Mathieu Lasfargues,等.中高溫儲(chǔ)熱材料的研究現(xiàn)狀與展望[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2012,1(2):89-102.

[7]程曉敏,吳興文,董靜,等.Al-Cu-Mg-Zn高溫相變儲(chǔ)熱材料：中國(guó)，ZL201010128642.1[P].2012-09-05.

[8]Marc Medrano,Antoni Gil,Ingrid Martorell,et al.State of the art on high-temperature thermal energy storage for power generation.Part 2—Case studies[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2010,14:56-72.

[9]Verena Zipf, Anton Neuh?user,Daniel Willert,et al.High temperature latent heat storage with a screw heat exchanger:Design of prototype[J].Applied Energy,2013,109:462-469.

[10]Adinberg R, Zvegilsky D, Epstein M. Heat transfer efficient thermal energy storage for steam generation[J].Energy Conversion and Management,2010,51:9-15.

[11]Ming Liu, Wasim Saman, Frank Bruno. Review on storage materials and thermal performance enhancement techniques for high temperature phase change thermal storage systems[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2012,16:2118-2132.

[12]丁靜,楊建平,陸建峰,等.一種太陽(yáng)能熱化學(xué)混合儲(chǔ)能裝置及方法:中國(guó),CN201210234603.9[P].2012-10-10.

[13]陳永強(qiáng),毛漢領(lǐng)，黃振峰.太陽(yáng)能輔助燃煤熱發(fā)電系統(tǒng)的探討[J].電網(wǎng)與清潔能源,2011,27(5):81-84.

[14]國(guó)家能源局.國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃(2011-2015)[G].2011-12.

[15]中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部.太陽(yáng)能發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃[G].2012-3-27.

[16]能源科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究組.2011～2020年我國(guó)能源科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告(第4稿)[G].2010-5-25.

NovelMedium-highTemperatureThermalEnergyStorageTechnologyanditsDevelopingTrend

YIN Hui-bin1,DING Jing2,YANG Xiao-xi1

(1.Guangdong Provincial Key Laboratory of Distributed Energy Systems, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China;2. School of Engineering,Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China)

As an important part of energy utilization field, the energy storage plays a particularly important role in industrial energy-saving and renewable energy utilization. It is a fundamental way to improve the energy utilization efficiency by means of high-temperature conversion and medium-high temperature thermal energy storage (TES). Moreover, it is a currently facing important subject to improve the heat transfer rate, heat storage efficiency, heat storage capacity and long-term stability of a TES system. The latest developments and research priorities of medium-high temperature TES technology are introduced in the present paper. One of the main developing ideas of medium-high temperature TES is to develop the heat storage media with excellent performances and the controllable TES manners. Another idea is focusing on the control strategy and integrated optimization of TES system.

renewable energy;industrial energy-saving;medium-high temperature;thermal energy storage

2013-09-23修訂稿日期2013-12-08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51106187)，863計(jì)劃項(xiàng)目子課題(SS2013AA050503)

尹輝斌(1980～)，男，博士，副教授，主要從事傳遞過(guò)程強(qiáng)化與節(jié)能技術(shù)研究。

TK513.5

A

1002-6339 (2014) 04-0295-05