蓄熱技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用

楊智瑜　錢煥群　朱雪華　朱義成

摘要：蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率和環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要技術(shù)，可用于解決能源供應(yīng)和需求之間的不匹配，在太陽能利用，電力的“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用和民用建筑和空調(diào)節(jié)能源具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，它已成為世界研究的熱點(diǎn)。

在化工生產(chǎn)和許多其他工業(yè)過程排放的廢熱是不連續(xù)的，充分利用這些不穩(wěn)定的能源，需要使用蓄熱技術(shù)，熱量需要重新釋放出來。這樣可以降低企業(yè)的能源消耗，并能減少由一次能源轉(zhuǎn)變?yōu)槎文茉磿r(shí)產(chǎn)生各種有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染。

關(guān)鍵詞：蓄熱技術(shù)；利用效率；保護(hù)環(huán)境

中圖分類號(hào)：TK02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）06-163-01

1.蓄熱方式

目前主要的蓄熱方法有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱三種。顯熱蓄熱是利用物質(zhì)的溫度升高來儲(chǔ)存熱量。這種蓄熱方式是最簡單、最成熟的，它是最廣泛使用的，可用于加熱和發(fā)電。潛熱蓄熱是利用材料在凝固/融化、凝結(jié)，氣化、凝華/升華等形式的轉(zhuǎn)化過程中，都要吸收或放出潛熱的原理。根據(jù)相變溫度，將潛熱儲(chǔ)熱分為低溫和高溫兩部分。低溫和潛熱儲(chǔ)存主要用于廢熱回收、太陽能儲(chǔ)存以及供暖和空調(diào)系統(tǒng)?？捎糜诟邷貪摕峥捎糜跓釞C(jī)、太陽能、磁流體發(fā)電和衛(wèi)星等。

2.蓄熱技術(shù)的應(yīng)用

蓄熱技術(shù)作為緩解人類能源危機(jī)的一個(gè)重要手段，主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用。

2.1太陽能熱儲(chǔ)存

太陽能是一種巨大的能量寶庫，具有清潔無污染，取用方便的特點(diǎn)，特別是在一些高山地區(qū)，如中國的甘肅、青海、西藏、太陽輻射強(qiáng)度大、其他能源短缺，故太陽能的利用就更為普遍。但要達(dá)到地球表面的太陽輻射，能量密度很低，而且受地理、晝夜和季節(jié)變化、天氣等隨機(jī)因素的制約，其輻射強(qiáng)度也在不斷變化，具有明顯的稀薄性、不連續(xù)、不穩(wěn)定。為了保持加熱或電源不間斷運(yùn)行，需要必要的蓄熱裝置儲(chǔ)存太陽能，在太陽能不足時(shí)再釋放出來。以滿足生產(chǎn)和生活需要，幾乎所有的太陽能設(shè)備都用于采暖、熱水供應(yīng)、生產(chǎn)工藝等，需要儲(chǔ)存熱能。

2.2電力調(diào)峰及電熱余熱儲(chǔ)存

電力資源的短缺是人類長期面臨的問題，但電力資源的浪費(fèi)是非常嚴(yán)重的，如中國葛洲壩水利樞紐工程、其高峰與低谷的發(fā)電輸出功率分別為220萬kw和80萬kw，用電低谷發(fā)不出的電能只有通過放水解決。若能把這部分能源回收。則可大大緩解能源緊張狀況。蓄熱技術(shù)仍是目前回收未并網(wǎng)的小水電、風(fēng)力發(fā)電的一個(gè)重要手段。

在電廠中的存儲(chǔ)設(shè)備可以在經(jīng)濟(jì)上解決高峰負(fù)荷，填平需求低谷，并以緩沖存儲(chǔ)方式調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷更方便。該存儲(chǔ)裝置可節(jié)省燃料，降低電廠的初始投資和燃料成本，提高機(jī)組運(yùn)行效率和改善機(jī)組的運(yùn)行條件，從而提高電廠運(yùn)行效率和提高電廠的利用率，減少廢氣污染，改善環(huán)境。

2.3工業(yè)熱能儲(chǔ)存

目前工業(yè)熱能儲(chǔ)存采用的是再生式加熱爐和廢熱蓄能鍋爐等蓄能裝置，采用蓄熱技術(shù)來回收儲(chǔ)存堿性氧氣轉(zhuǎn)爐或電爐的煙氣余熱以及干法熄焦中的廢熱，既節(jié)約了能源。又減少了空氣污染以及冷卻、淬火過程中水的消耗量。在造紙和制漿工業(yè)中，燃燒廢木料的鍋爐適應(yīng)負(fù)荷的能力較差采用蓄熱裝置后，可以提高其負(fù)荷適應(yīng)能力。在食品工業(yè)的洗滌、蒸煮和殺菌等過程中，由于負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)，采用蓄熱裝置后就能很好地適應(yīng)這種波動(dòng)，紡織工業(yè)的漂白和染色工藝過程也可采用蓄熱裝置來滿足負(fù)荷波動(dòng)。

2.4在太空中的應(yīng)用

蓄熱能在太空的利用主要有兩種方式：一種是目前廣泛使用的光電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，利用太陽能電池和化學(xué)電池提供穩(wěn)定的電能：另一種是空間太陽能熱發(fā)電技術(shù)。將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，再利用熱力循環(huán)轉(zhuǎn)換成電能，光電直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有技術(shù)相對(duì)成熟，相對(duì)簡單，可靠性好，但它最大的缺點(diǎn)是提供的功率不很高（7%-10%），而且壽命不長，如果航天器壽命較長，太陽能電池板和化學(xué)電池需要更換多次，大大增加了維修成本，所以只適合于功率較小、壽命不太長的衛(wèi)星。然而，隨著人類太空探索的加速，有必要提出對(duì)更高的功率和更長的壽命空間電力系統(tǒng)的需求，并且在生命周期中維護(hù)成本低。這樣就提出了新的太陽能熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)，來滿足這些要求。

3.蓄熱技術(shù)的近期發(fā)展及未來展望

隨著人類對(duì)節(jié)約能源、開發(fā)新能源和環(huán)境保護(hù)的重視，蓄熱技術(shù)受到世界各國越來越多的重視。并不斷取得進(jìn)展。

（1）利用濃度差蓄熱的吸收式熱泵又稱化學(xué)熱泵。作為蓄熱和低品位廢熱利用有效的技術(shù)設(shè)備受到人們的關(guān)注，許多公司競相開發(fā)。

（2）低溫儲(chǔ)熱技術(shù)尤其是0℃時(shí)的潛熱蓄熱（儲(chǔ)存冰）是一種非常有效的蓄熱方法。利用晝間放熱、夜間儲(chǔ)冰的0℃低溫潛熱蓄熱（儲(chǔ)存冰）技術(shù)已成為當(dāng)前空調(diào)行業(yè)的研究開發(fā)熱點(diǎn)，并成為重要的節(jié)能手段。

（3）高溫蓄熱方面，在80年代中期，美國自由空間站的實(shí)施，極大地促進(jìn)了高溫相變潛熱蓄熱技術(shù)的發(fā)展。人類空間探索的規(guī)模不斷擴(kuò)大，活動(dòng)增加，必然會(huì)促進(jìn)高溫相變儲(chǔ)熱技術(shù)的發(fā)展和成熟。

（4）隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米技術(shù)和復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的制備，高效納米復(fù)合材料蓄能相變材料對(duì)提高我國能源利用效率、保護(hù)環(huán)境具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4.結(jié)束語

總之，隨著人類社會(huì)對(duì)環(huán)保，節(jié)能，減少污染的要求越來越高，對(duì)蓄熱技術(shù)的需求將越來越強(qiáng)，必然促進(jìn)蓄熱技術(shù)的持續(xù)快速發(fā)展。