热化学储能的研究现状与发展前景

综述了热化学储能方法的基本原理及特点,并对几种有应用前景的热化学储能体系的研究现状及现存问题进行了评述,包括无机氢氧化物的热分解、甲烷-二氧化碳重整、氨基热化学储能、金属氢化物分解和水合盐分解。结果表明热化学储能方法由于储能密度高且可长期无热损储存等独特优势在太阳能热力发电、高温余热回收等大规模兆瓦级储热领域具有广阔的应用前景。同时基于热化学储能方法在实际应用中存在的诸多问题,指出热化学储能未来的研究方向。     

CaO基材料储能辅助燃煤电站碳捕集研究进展

化石燃料大规模燃烧产生的CO_2加剧了温室效应,钙循环技术不仅能实现低能耗碳捕集,也是热化学储能的重要方法之一。为应对全球气候变暖问题,可再生能源大规模开发与利用,太阳能具有大规模工业应用的广阔前景。然而,太阳辐射具有间歇性,热化学储能技术应运而生。笔者介绍了燃煤电站CaO储能辅助碳捕集系统以及太阳能热发电站基于钙循环的高温储能技术,分析了煅烧条件、材料颗粒粒径等因素对CaO基材料循环储能性能的影响,并介绍了提高CaO基材料储能活性和稳定性的多种方法:用机械掺混、化学燃烧合成等方式制备CaO/Al_2O_3、CaO/MgO、CaO/SiO_2多种复合储能材料。结果表明,燃煤电站CaO储能系统可提高发电效率、减少机组煤耗量、实现CO_2减排;CaO/CaCO3高温热化学系统储能密度高达3. 2 GJ/m~3,储能循环稳定性高,能够实现能量长期无热损储存;惰性载体(Al_2O_3、MgO、SiO_2)的加入可以提高CaO储热循环活性和稳定性。基于CaO基材料碳酸化/煅烧反应(钙循环)的高温热化学储能具有巨大应用前景。此外,分析了当前CaO基材料储能存在的问题以及研究难点,并对储能研究方向进行展望。目前CaO基材料储能循环活性降低,高效储能装置距离实际应用还有一定差距。CaO基储能材料制备应向高储能密度、高循环活性方向发展,整体发电效率提高是储能系统优化的关键。     

钙基热化学储能体系装备与系统研究进展

近年来,由于可持续发展的需要,太阳能等清洁可再生能源的大规模应用被提上日程。为解决太阳能受天气、昼夜等因素影响造成的不能持续稳定供能的问题,许多学者提出将储能系统整合至太阳能发电中,将太阳能热量以某种方式存储起来,需要时释放,从而使系统能持续运转。其中,热化学储能由于能量密度高,材料能够长期稳定储存与运输等优势,成为储能领域中新兴的研究热点。在众多的热化学储能材料中,基于CaCO₃/CaO与Ca(OH)₂/CaO体系的钙基热化学储能系统材料安全性高,成本较低且易于获得,十分具有发展潜力。本文对这两种钙基热化学储能体系的原理与材料进行了简单介绍,综述了该领域先进反应器设计与系统集成控制方面的国内外发展状况,探讨了目前研究面临的挑战与机遇,提出了钙基热化学储能技术的今后研究与发展方向的建议。     

化学储热技术的研究现状及进展

化学储热技术通过可逆的化学反应来存储和释放热能,其储热密度远高于显热储存和相变热储存,不仅可以对热能进行长期储存几乎无热损失,而且可以实现冷热的复合储存,因而在余热/废热回收及太阳能的利用等方面都具有广阔的应用前景。本文将化学储热分为浓度差热储存、化学吸附热储存和化学反应热储存3类,并针对上述分类的特点及其应用,对化学储热技术进行了系统的归纳。其中主要概括了目前广为关注、有前景的储热材料,总结了化学储热技术当前的研究现状以及最新进展,并且回顾了将化学储热技术应用于储热研究的试验系统。同时,基于研究现状的分析,指出了此项技术需要进一步研究和解决的相关问题,以期为化学储热技术的发展和走向实际应用提供有价值的借鉴和参考。     

基于太阳能蓄热过程的甲烷二氧化碳重整研究进展

热化学储能技术因为其储能密度高、热损小、能长距离运输等优点而成为保证太阳能长久稳定供应的关键技术。本文对基于甲烷二氧化碳重整反应的太阳能热化学储热系统研究现状进行了回顾,重点讨论了甲烷重整催化剂、重整反应器以及储能系统整体的传热特性等3个方向的研究进展。指出新型高效催化剂以及反应器开发和性能测试是目前该领域的主要研究方向。发现辐射热损失、非均匀温度分布特性、辐射热流的时变波动特性,以及由此造成的能量与化学反应的不匹配限制了热化学系统能量储存效率的进一步提高,并提出催化剂的催化特性与物性/结构参数依变关系,反应器辐射吸收特性、传热传质特性和反应特性之间的相互作用机制,以及系统时变动态特性与反应物流/辐射能流的匹配关系是建立甲烷重整热化学储能系统优化设计理论亟待解决的关键问题。     

浅析太阳能发电技术

文章通过介绍太阳能光伏发电技术系统、太阳能热发电技术系统——塔式太阳能热发电系统、槽式太阳能热发电系统和碟式太阳能热发电系统,对各类太阳能发电技术、太阳能发电技术与常规发电技术进行了分析对比,提出了太阳能发电具有的广阔应用前景。     

太阳能甲烷重整反应器研究进展

太阳能是世界上最丰富的清洁能源,被看作是解决化石能源短缺问题的关键。但是太阳能的间歇性很大程度上制约了其使用场景,太阳能热化学过程可以有效缓解太阳能间歇性带来的影响。在太阳能热化学过程中,反应器的性能直接影响了反应的效果。本文以太阳能甲烷重整过程为例,首先介绍了3种甲烷重整类型,分别介绍了其优缺点和工程应用。然后从结构、工作原理以及研究进展等方面简述了几种目前常见的太阳能甲烷重整反应器。包括对目前最常见的腔式反应器、膜反应器、旋转式反应器、流化床反应器和其他新颖反应器的介绍。最后,提出下一阶段太阳能甲烷重整反应器的研究重心应放在设计多功能于一体的反应器和促进多学科交叉研究上。     

中高温钙基材料热化学储热的研究进展与展望

热化学储热由于能量密度高,材料适宜于长时储存和远距离运输,成为高效储热新兴的研究热点。钙基材料热化学储热成本低且无毒无污染,具有广阔应用前景。总结了目前热化学储热的主要体系及分类,针对中高温钙基热化学储热技术从材料改性、反应器设计及系统集成应用三个层面的研究进展进行综述。探讨钙基热化学储热技术研究中面临的挑战与机遇,并对今后的研究与发展方向提出了建议。     

熔融盐高储热材料的研究进展

储热技术是太阳能热发电行业的关键技术,而熔融盐是储热行业的主导材料。对储热材料的概念和类型做了介绍。概述了太阳能热发电在国内外的发展趋势,对比了碳酸盐、氯化盐、硝酸盐作为储热材料的优缺点,重点综述了熔融盐及其与其他材料（如金属、膨胀石墨、陶瓷等）的复合熔盐的研究进展,提出了避免孤立研究储热材料和开发多种复合技术的新思路。     

基于钙镁二元盐的热化学储能反应器的性能优化

水合盐热化学储能技术储能密度高、再生温度与太阳能集热器的温度一致，在提高太阳能的利用和缓解能源紧张方面具有很好的应用前景，其中热化学储能反应器的设计优化则是重要环节。本文针对硅藻土(WSS)+MgCl₂/2CaCl₂热化学储能系统，对填充床反应器建立了二维数值模型，对填充床的放热过程进行了研究，分析了钙镁二元盐含量、粒径大小、填充床高度对填充床放热过程的影响。数值模拟结果表明，填充床出口空气温升随粒径减小而增大；填充床出口空气温升的衰减速度随钙镁二元盐含量增大而减小，随粒径减小而增大，随填充床高度增大而减小；填充床的放热功率和储能密度随盐含量增大而增大，随粒径减小而增大，填充床高度增大时，填充床放热功率增大，而储能密度则减小。采用粒径为2mm的WSS20颗粒，填充高度为10cm的填充床反应器储能密度达到0.985GJ/m³，几乎是水的4倍。     

氯化锰/氨热化学吸附储热的特性

热化学吸附储热具有储热损失小、储热密度高、可实现冷热复合储存等优点，近年来得到了广泛的关注。本文以MnCl₂/NH₃作为吸附储热工质对，基于热化学吸附技术构建了热化学吸附储热实验平台，对MnCl₂/NH₃热化学吸附系统的储热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明：在解吸充热温度、吸附放热温度、冷凝/蒸发温度分别为162℃、45℃和25℃的运行条件下，试验获得的吸附储热密度最大，其值为1296.36kJ/kg MnCl₂或1101.90kJ/kg固化复合吸附剂。当放热温度从45℃增大到85℃时，热化学吸附储热系统的吸附储热效率从38.98%降低至24.08%。由于传热传质、化学反应动力学等因素的影响，相同运行工况下吸附储热系统实际所获得的储热性能要低于理论值。     

吸附蓄热材料性能研究进展

可再生能源的利用不仅可降低环境污染,还有助于实现“碳中和”目标,蓄热技术是有效利用太阳能等不稳定可再生能源的重要途经之一。热化学蓄热材料由于储能密度高、热损失小等优点可实现低品位热能的跨季节应用。本文对现有文献内吸附蓄热材料的蓄热性能进行总结分析,对比四类蓄热材料在不同运行工况下的储能密度、输出功率与蓄热效率等蓄热性能,并论述各类材料的典型应用案例。文中指出：溶液吸收材料脱附温度较低,但系统传热传质性能较差,实际应用中无法满足建筑供暖需求;固体吸附材料循环稳定性好,可采用太阳能集热器作为热源使其再生,它是目前建筑供暖中具有较大潜力的蓄热材料;纯热化学反应材料储能密度最高,然而其循环稳定性差,仍处于实验室研究阶段;兼有固体吸附材料与无机盐优点的复合材料有望成为建筑内理想的蓄热材料。最后文章针对各类材料提出其未来的研究方向。     

Blackened calcium-based composite particles and their apparent kinetics features for solar thermochemical energy storage

The calcium looping (CaL) thermochemical thermal energy storage is one of the best high-temperature heat storage schemes for 3th concentrating solar power (CSP) photothermal power. However, the application of this technology is greatly hindered by the low solar absorption capability and the poor cyclic stability of CaCO₃/CaO-based material. In this article, the solar absorbing capability of CaCO₃ particles is enhanced by doping Mn-Fe oxides, meanwhile, awns of setaria faberis (ASF) and microcrystalline cellulose (MCC) are used as bio-templates to generate pores inside the particles. The pore-making process promotes the cyclic stability and carbonation kinetic features of the composite particles simultaneously. The test results show that the proposed particles possess adequate anti-crushing strength, high cyclic stability, high solar absorption, and high carbonation rate. In addition, the apparent carbonation kinetic features of the composite porous particles are studied with the influencing factors such as CO₂ partial pressure, reaction temperature, and particle morphology taken into consideration. A kinetic equation involving these parameters is developed with the thermogravimetry data of the prepared samples. By employing this kinetic function, the carbonation reaction of the prepared particles inside the carbonator becomes predictable, which is of great significance for the design and regulation of the carbonator achieving highly stable thermal output from the CaL thermochemical heat storage system.     

镁-氢化镁热化学蓄热系统数值分析

蓄热系统是解决热量供需不匹配的有效方式之一。根据热量储存原理的不同,可以将系统分为显热、潜热和热化学蓄热三种类型,其中热化学蓄热有其独特的优点。基于镁-氢化镁热化学蓄热系统蓄放热时的物理化学过程,建立了系统的二维非稳态数学模型,考虑了不同边界条件对系统的影响,通过数值计算,获得了系统的温度、反应速率、反应进度分布及系统的对外放热功率。研究结果表明:系统的蓄热密度为0.85 kW·h·(kg Mg)^-1,热量的传递是影响系统蓄放热效率的关键因素之一,并且当边界对流传热系数保持一定时,存在一个最佳的外界流体温度,使系统的平均放热功率达到最大。在系统以定壁温为边界条件时,系统最大的平均放热功率/质量值为0.79 kW·(kg Mg)^-1。     

七水硫酸镁化学储热材料与应用研究进展

七水硫酸镁是一种具有高储热密度（2.8GJ/m³）、低工作温度（<150℃）的无机盐水合物化学储热材料。开发基于七水硫酸镁的高效热化学储热材料和储热系统,有望在太阳能热利用、工业余热回收、季节性储能、建筑供热等领域取得良好的节能减排应用效果。本文对七水硫酸镁的储热原理、基本物性进行了详细介绍。针对七水硫酸镁在实际应用过程中存在传质阻力大、使用寿命受限、传热性能不足等缺点,文章综述了通过沸石、高分子泡沫、碳材料等改性制备硫酸镁高性能复合材料及储热器的相关研究,并对此材料的未来发展趋势作出评价。     

4-Temperatures Approach: Testing Thermochemical Heat Storage Materials Under Application Conditions

Thermochemical heat storage offers the possibility to achieve high thermal energy storage capacities compared to sensible and latent heat storage. To quantify this advantage, thermochemical storage systems have to be evaluated under application conditions. The proposed 4-temperatures approach delivers a first step toward a realistic testing of thermochemical working pairs. As an example, the approach is applied to testing the working pair zeolite/water under the conditions of the application of seasonal storage of solar thermal heat for domestic heating purposes.     

太阳能光热发电中熔盐蓄热储能循环系统的设计开发

分析了熔盐蓄热储能技术,讨论了光热发电中使用的熔盐混合物特性,介绍了采用熔盐蓄热储能技术的太阳能光热发电站的结构和型式。开发了熔盐蓄热储能循环系统的工艺流程,并对熔盐的流量与流速、熔盐膜壁温度、熔盐分解物、熔盐结垢堵塞等问题及其相互之间的关系进行了研究,给出了熔盐管路预热与保温、熔盐贮罐内防固化、惰性气体密封装置和安全保护措施等的设计原则。