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相变储热清洁供暖行业市场前景展望
发布时间: 2022-05-04 | 552 次浏览
储热,即“热能存储”,在取暖、发电、工业生产等领域均有广泛应用,是储能行业的重要分支之一。储热技术按···

储热,即“热能存储”,在取暖、发电、工业生产等领域均有广泛应用,是储能行业的重要分支之一。储热技术按照热能存储形式可分为三类:显热储热、潜热储热、热化学储热。相变储热是一种主流的潜热储热技术,有着较高的能量存储密度,且可在特定温度下储热,受到了储热行业的广泛关注。


在适用于不同应用场景时,相变储热可选取多种储热材料,例如用于太阳能光热发电的高温熔融盐储热、用于调峰供热的石蜡储热、用于制冷的冰蓄冷等等,因此,相变储热的应用方向十分广泛。


清洁供暖/供冷、电力调峰、余热利用、太阳能光热等场景均包含在内,典型案例有,采用相变蓄热材料技术的内蒙炳森光伏、光热、风电复合清洁供暖示范项目、内蒙阳午热电厂相变储热供暖调峰项目、光晟科创园储能供暖项目等。

与目前应用最广、技术最成熟的显热储热相比,相变储热有着物质特性上的天然优势,随着技术人员进一步的研究,相变储热迎来了商业化规模发展。


随着清洁能源重视程度的加深,以及国家“双碳”政策的出台,储热行业进入了高速发展期,对新型储热技术的研究如火如荼。近期,在相变储热方面,国内几所高校和科研机构取得了新的成果,在提升传热性能、优化储热系统、发现更高性能储热材料等方面均有建树。


“光热转换---传输---存储”的一体化高温储能

上海交通大学王如竹教授和李廷贤研究员领衔的“能源-空气-水”交叉学科创新团队ITEWA在国际能源领域知名期刊Nano Energy上发表了研究论文,提出了垂直阵列网状石墨纳米骨架的高导热/导电的功能型相变储热复合材料的制备方法和太阳能光/电-热转换、收集及存储的一体化相变储能装置的协同强化热设计新思路。


该设计成功实现了无聚光条件下相变温度高达186℃的太阳能 “光---热转换---传输---存储” 的一体化高温储能以及超低电压,其传热元件能实现33W/m·K的高径向热导率,为高效太阳光/电---热转换、存储、利用提供了新的研究前景。


微胶囊封装技术解决金属固---液相变材料腐蚀问题

以金属作为固-液相变材料(PCMs)一直以来都是相变储热领域的研究热点之一。然而,由于在相变过程中易发生泄露和腐蚀问题,金属相变材料的应用受到严重的限制。近日,中国矿业大学电力学院朱春宇教授课题组通过简单的水蒸汽/水煮自氧化、高温热氧化两步处理的方法成功制备了具有核-壳结构的Sn@SnO₂相变微胶囊。


该课题组通过蒸汽/水煮预处理、氧气气氛下热氧化处理两步法,制得稳定、厚实的SnO₂壳膜,得到的Sn@SnO₂相变微胶囊的相变温度为~232℃,相变潜热为~53J/g,并且具有优异的热循环稳定性,在100次熔化-凝固后,其热物性基本不变,核-壳结构仍保持完好。这项研究为制备金属相变微胶囊提供了可行的策略。


利用表面活性剂优化壳核相变材料热稳定性

沈阳航空航天大学能源与环境学院栾敬德团队通过原位聚合的方法,以石蜡(PA)为相变储热材料、正硅酸乙酯(TEOS)水解生成的SiO₂为壳层材料,成功制备出PA@SiO₂相变材料,并探究了多种表面活性剂对储热微囊结构和热性能的影响。

研究结果表明,TEOS缩聚生成的SiO₂能够形成致密的壳层,且与芯材石蜡不发生化学反应; 核壳结构有效提升热稳定性;使用吐温-80的PA@SiO₂核壳相变材料潜热较大。石蜡是较为常见且应用广泛的储热材料之一,该项研究成果有望为之提供进一步优化性能的空间。


低成本兰炭灰骨架定型相变储热材料

兰炭是一种广泛用于化工、冶炼、造气等行业的的碳素材料,兰炭灰为其固体燃烧产物。北京建筑大学供热供燃气通风及空调工程北京市重点实验室联合英国伯明翰大学储能中心进行了一项研究,发现了兰炭灰作为定型相变储热材料的骨架材料具有良好的可行性。


定型相变储热材料的制备流程

研究者利用兰炭灰作为骨架材料,碳酸钠作为相变材料,对其物理化学性能进行了表征和分析。结果显示,该材料可将融化温度从碳酸钠的841.4℃降低至774.6℃,导热系数最高可达0.41W/(m∙K),储热密度可达1101.14kJ/kg,具有良好的储热性能。利用该材料储热,有利于工业固体废弃物兰炭的资源化利用,可减少对环境的污染,同时为构建以可再生能源为主体的电力系统,实现“双碳”目标,提供了可行的储热技术路径。


相变储热前景展望

在不久前的7月,两部委印发的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》对包括储热技术在内的储能技术发展起到了巨大的推动作用,紧随其后出台的《关于进一步完善分时电价机制的通知》,为储热技术应用于削峰填谷和清洁供热提供了大力政策支持,再一次给了储热行业巨大的动力和信心。不同于储电,储热技术在清洁供暖和余热利用等领域有着更大的发展空间,相变储热作为其重要分支也必将迎来新的机遇和挑战。


目前,相变储能蓄热得到了国家政策方面的巨大支持,但随着天帅智能科技股份有限公司科研人员的潜心研究的大力研发,相信相变储热能实现技术水平和产业规模的双丰收,为我国“双碳”目标贡献重要的力量。

来源:网易山西天帅智能科技股份有限公司


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