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显热储热技术的发展不容乐观

张晋 2018-12-25 3807 157

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储热技术作为一种重要的储能技术,其核心和关键在于材料的选用,本文将从技术原理、分类、常用的储热材料和发展趋势来阐述显热储热技术的发展现状。

摘要:储热技术作为一种重要的储能技术,其核心和关键在于材料的选用,本文将从技术原理、分类、常用的储热材料和发展趋势来阐述显热储热技术的发展现状。

随着人类社会的进步,我们对能源的需求日益增大,加之常规能源储量的逐渐减少(如煤炭、石油、天然气等)和新型能源(如太阳能、风能、地热能等)的开发尚处于初级阶段,能源的合理科学利用就显得尤为重要。在能源的实际使用中,我们常常会遇到能源因时间性和空间性导致的供需错位,而造成能源的巨大浪费。太阳能,作为一种新型能源,已经在诸多领域得到大量的应用,气候周期性的存在使得太阳能在夏季的时候供过于求,但冬季的时候却供不应求,如何将暂时不用的多余能量通过某种方式将其收集并存储起来,在能量需求高峰期再将其释放出来,或者将其输送到能源紧缺的地方再使用,这就需要一种材料或者系统装置将能源先储存再利用或者转化后再利用。

显热储热技术的定义

显热储热技术是基于储存材料自身温度的升高和降低来进行热能的储存或释放,即利用物质的比热容量,是最早实现的储热方式,方式较简单,传热过程中仅发生物理变化,并不发生任何的化学变化。显热储热方式使用的材料,常常需要满足单位质量/体积的储热量大、物理及化学性质稳定、操作简单等条件。若使用的材料为液态物质,要兼具储热和传热等性质。

显热储热材料的分类及常用材料

显热储热材料按照材料的状态,常分为液态和固态两大类。

液态材料应用较广的主要有水、导热油和熔融盐。水温度范围较窄,主要应用在太阳池、太阳能热水系统和电锅炉热水系统中。近年来,显热储热材料主要在导热油和熔融盐方面开展。常见的导热油按化学组成分为矿物油型和合成油型两类。矿物油型主要为石油中的环烷烃和链烷烃混合物,工作温度常在300℃以下,高于此温度工作将会破坏材料的热稳定性,链状结构容易断裂,裂化后不能再生,但安全性高、成本低和原料易得是材料储热性能广受关注的主要原因;合成油型一般为对称结构的芳香烃类化合物,常通过基础化工原料合成、分离和提纯制得,主要优点为馏程窄、初馏点高、原子间共轭结构完整、热稳定性好、流动性好和可再生处理。目前,如联苯、联苯醚、氢化三联苯、苄基甲苯和二苄基甲苯等合成油型已取得工业化生产。熔融盐显热材料因具有工作温度范围宽、成本低、密度大、黏度低、热稳定性好、与多数金属兼容性好等优点,被作为目前最为理想的显热储热材料,应用较多的有硝酸盐、碳酸盐和氯化盐等。

固态显热储热材料常见的有鹅卵石、水泥和铸铁等,水泥和浇注陶瓷因传热性能好和成本低,近年来广受关注。

显热储热技术的发展局限

一方面,尽管显热储热技术使用的材料价廉易得,但在依靠温度变化来实现热量的储存和释放的过程中,温度不易保持恒定,同时与周围环境存在的温差使得热损失较大(长时间储存将造成较大的热损失);另一方面显热储存技术的储热密度偏低,当储存容量需求大时,储热设备的体积和重量相应增大,储热效率也随之降低。随着我们生活中对储热技术需求的提升,材料储热容量的规模将会越来越大,显热储热技术本身的局限将会导致该技术逐渐被淘汰。

结语

显热储热技术在温度范围要求较小的场合中应用广泛,同时成本低、安全性高是该技术的优势,但低储热密度将会使得该技术的应用场合很受限制,未来的发展趋势不容乐观。


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