热化学蓄热系统研究进展

热化学蓄热通过可逆化学反应来储存和释放热量,其蓄热密度高于显热蓄热和相变蓄热,且能够实现能量的长期储存,在未来能源利用领域具有广阔前景。根据热化学蓄热系统的结构,可将其分为开式系统和闭式系统。本文针对开式系统和闭式系统,对蓄热材料、环境气氛条件、反应过程优化以及反应器设计等影响系统性能的重要因素进行概述与讨论,为热化学蓄热系统的发展和实际应用提供参考。     

强化太阳能相变蓄热技术的研究进展

为解决太阳能的间歇性问题,常将其与相变蓄热技术进行结合。与传统显热蓄热相比,相变蓄热可将蓄热能量提高数倍以上,具有巨大的研究和应用价值。本文总结分析了相变蓄热的传热机制及在强化太阳能相变蓄热技术上的研究手段,如变换蓄热结构、添加肋片、使用相变胶囊、充注多相变材料、蓄热材料中添加高导热物质等。分析结果显示,相变传热机制中,融化过程主要考虑对流换热,凝固过程热传导占主导;使用肋片、相变胶囊等,主要增大相变材料接触面与蓄热体的比值,进而改善传热;蓄热材料添加高导热物质,可以改善相变材料的团聚、结核及使用寿命,从而提高导热性能,其中添加泡沫金属效果最为显著。     

与建筑一体化石蜡类相变材料研究与应用

介绍了目前国内外关于石蜡类相变材料作为建筑材料的一些研究成果,总结了石蜡类建材的选型以及封装技术.石蜡类相变蓄热材料因其具有相变潜热高、相变温度可根据组成进行调节、几乎没有过冷现象、熔化时蒸汽压力低、不易发生化学反应且化学稳定性较好-在多次吸放热后相变温度和相变潜热变化很小、自成核、没有相分离和腐蚀性等优点,较之其它蓄热建筑材料,性能更加优良且价格更低.研究表明,制作建筑板材应选择碳原子数较少相变温度较低的直链烷烃相变材料,采用微粒封装技术如制作微胶囊等.还举出多个国内外的例子,说明了石蜡类相变材料的应用情况.     

Al-Si-Cu三元合金在太阳能高温相变蓄热装置中的数值分析

相变蓄热材料是太阳能热发电系统蓄热环节的关键。Al-Si-Cu三元合金作为相变蓄热材料具有性能稳定、衰减指数低、蓄热性能优良的特点。在实验的基础上,采用DSC、Hotdisk等方法对不同金属含量的Al-Si-Cu合金的热物性进行研究,同时对其封装材料进行了选择;基于不同形状蓄热单元,用Fluent软件进行模拟,最终选择了一个圆形相变蓄热单元和一个正六边形蓄热模块。结果表明：Al-Si-Cu三元合金相变蓄热材料集合了Al-Cu合金质量潜热大和Al-Si合金体积潜热大的优势;圆形结构蓄热单元换热性能最优;正六边形的模块能有效提高空间利用率,且更易于拼接,这对大型相变蓄热装置在工程中的应用具有重要意义。     

太阳能高温热发电蓄热技术研究进展

对应用于太阳能高温热发电的各种蓄热原理、蓄热介质和蓄热过程进行了详细的分析和比较.以混凝土或铸造陶瓷为介质的蓄热方法投资成本低,多用于槽式发电系统中;以熔盐作为介质的双罐蓄热系统技术风险低、可实现连续、稳定发电,较适用于塔式系统;斜温层单罐蓄热系统技术风险相对较高,但其投资成本可以降低;直接蒸汽发电系统对传输系统的耐压提出了非常高的要求.高温相变蓄热和化学反应蓄热技术还处于实验研究阶段,需要寻找更合适的相变材料、热化学反应和装置.     

一种基于多属性决策的相变蓄热材料评价方法研究

相变蓄热具有蓄热密度高、蓄放热装置结构紧凑、温度区间易控制、节能效果显著、易于控制和管理等优点,具有巨大的应用潜力。相变材料是组成相变蓄热系统的一个重要部分,相变材料性能的优劣会直接影响相变蓄热系统效率。在相变蓄热材料选型时,需根据工程应用实际情况,综合对相变蓄热材料的性能进行评价,包括热力学标准、动力学标准、化学标准和经济标准四个维度。一般可以把相变焓、比热、过冷度、导热率及价格作为同温区相变材料的主要考虑因素。由于这四个维度往往难以兼容,因此怎样更好地对适用于系统的相变蓄热材料进行合理量化的评价分析,对于项目的可行性起着至关重要的作用。提出一种通过相变材料不同特性进行排序或择优的方式,对适用于不同应用场景下的相变蓄热材料备选方案的不同属性进行量化的评价方法(MADM),并将层次分析法(AHP)引入到相变材料的量化选择过程中,将定量分析与定性分析结合起来进行相变材料选型的科学决策分析。选择6种市面上常用的中温相变材料作为待选材料,并核定潜热、导热系数、比热、过冷度、单位价格作为评估指标,基于AHP法评价选择相变蓄热材料,分别给出以性能优先和综合考虑性能、经济性的材料选择方案排序。     

相变材料蓄热过程强化的数值模拟研究

采用焓-多孔介质法,分别对内嵌针状翅片以及填充多孔泡沫金属的相变热沉装置内相变材料的熔化过程进行三维数值模拟,分析不同加热热流、翅片数量、间距、高度对蓄热过程的影响,对比内嵌翅片和填充多孔泡沫金属的热沉装置的蓄热能力。结果表明,随着热流密度的增加,蓄热速率明显加快,蓄热时间缩短。随着翅片数量的增多,相变材料的导热能力得到明显改善。翅片排布过于稀疏或紧密,导热能力的强化效果都不如均匀排布时明显。随着翅片高度的增加,相变材料的导热能力有明显的提升。通过比较发现,多孔泡沫金属对蓄热速率的强化效果比针状翅片更加明显。     

新型相变蓄热式太阳能集热管及热性能研究

结合太阳能真空集热管和相变蓄热材料的特点,提出了一种集热/蓄热一体化的新型相变蓄热式太阳能集热管,该集热管主要由金属-玻璃真空集热管、螺旋换热管和相变蓄热材料组成。通过室外蓄放热性能实验进行性能测试,结果表明:该新型相变蓄热式太阳能集热管集热效果良好,集热温度可达80℃以上,可很好地应用于热水供暖领域;以石蜡为相变蓄热材料,单根集热管的蓄热量可达3.25 MJ;放热过程中,有效得热量为873.6 kJ,放热损耗率为0.602;在保温性能上,温降率达1.67℃/h,保温性能待进一步提高。     

660 MW燃煤机组瞬态过程能量分布特性研究

厘清变负荷瞬态过程中燃煤机组的能量分布特性是研究瞬态过程能耗的关键问题。本文以660 MW超超临界机组为对象,建立了全系统模型,获得了不同瞬态过程中机组各主要换热设备包括金属蓄热与工质蓄热在内的基础蓄热,以及受过程控制迟延影响的附加蓄热。结果表明：低压加热器和低温过热器分别为基础蓄热最小和最大的两个设备;变负荷过程中,基础蓄热随机组负荷值增大而增加,附加蓄热随机组负荷值增大而减小;整个工况下附加蓄热最大值为145.64 kW,与基础蓄热相比较小。     

高效长寿蓄热体的研究与开发应用

蓄热体作为蓄热室余热回收设备的核心材料,承担着冷热介质热量传递的任务,是蓄热式燃烧技术能否高效运作的关键。本文对蓄热体尺寸、形状、热工特性和材质进行了研究,并在分析韶钢蓄热式加热炉生产实践的基础上,寻找蓄热体寿命低的原因,实验高效长寿蓄热体材料,介绍了应用的经验与效果。     

Selection of metal hydrides-based thermal energy storage: Energy storage efficiency and density targets

Thermo-chemical energy storage based on metal hydrides has gained tremendous interest in solar heat storage applications such as concentrated solar power systems (CSP) and parabolic troughs. In such systems, two metal hydride beds are connected and operating in an alternative way as energy storage or hydrogen storage. However, the selection of metal hydrides is essential for a smooth operation of these CSP systems in terms of energy storage efficiency and density. In this study, thermal energy storage systems using metal hydrides are modeled and analyzed in detail using first law of thermodynamics. For these purpose, four conventional metal hydrides are selected namely LaNi₅, Mg, Mg₂Ni and Mg₂FeH₆. The comparison of performance is made in terms of volumetric energy storage and energy storage efficiency. The effects of operating conditions (temperature, hydrogen pressure and heat transfer fluid mass flow rates) and reactor design on the aforementioned performance metrics are studied and discussed in detail. The preliminary results showed that Mg-based hydrides store energy ranging from 1.3 to 2.4 GJ m^?3 while the energy storage can be as low as 30% due to their slow intrinsic kinetics. On the other hand, coupling Mg-based hydrides with LaNi₅ allow us to recover heat at a useful temperature above 330 K with low energy density ca.500 MJ m^?3 provided suitable operating conditions are selected. The results of this study will be helpful to screen out all potentially viable hydrides materials for heat storage applications.     

Research progress on heat transfer enhancement technology of phase change energy storage

相变储能是通过相变材料吸/放热过程来实现能量储存的技术,它能够解决热量供需时间、空间和强度上的不匹配,并以其高储能密度成为储能领域的研究热点,但由于相变材料的热导率较低,使其应用受到限制。针对相变储能材料熔化/凝固过程中热导率低引起的传热速率慢的问题,从优化储能设备结构、添加剂提高相变材料热导率以及联合强化传热技术三方面综述国内外相变材料储能强化传热技术的最新进展。通过比较各种强化传热方式的优劣,实验和模拟均显示复合强化传热即可解决相变材料热导率低,又增大传热面积,从而提高相变材料的传热性能;多孔金属作为导热添加剂增强导热效果更好;并提出了相变储能强化传热技术未来需要解决的相关技术难题。     

Development and research status on the technology of direct contact thermal energy storage

直接接触式蓄热技术利用换热工质与蓄热材料接触并形成对流换热的特点,强化了蓄热器内的换热效果,提高了蓄放热速率,在国内外受到了广泛关注。本文针对直接接触式蓄热技术,从蓄热材料、蓄热器和应用案例三个方面对该技术的发展和研究现状进行了总结,将直接接触式蓄热技术常见材料分为了有机类材料和无机类材料,并对材料的热物性参数和性能进行了比较,讨论了过冷、相分离、导热系数较低和热稳定性等影响材料性能的关键指标。在蓄热器方面,总结了直接接触式蓄热器内材料熔化和流动规律、归纳了直接接触式蓄热器传热和优化方法,针对目前解决直接接触式蓄热器材料沉积问题的措施进行了分析,并给出了建议措施。最后,结合示范工程或商业案例对直接接触式蓄热技术的应用情况进行了回顾,旨在总结应用经验,为该技术的进一步推广提供依据和支持。     

Thermodynamic simulation of hydrogen based thermochemical energy storage system

The increasing energy demand needs the attention for energy conservation as well as requires the utilisation of renewable sources. In this perspective, hydrogen provides an eco-friendly and regenerative solution toward this matter of concern. Thermochemical energy storage system working on gas-solid interaction is a useful technology for energy storage during the availability of renewable energy sources. It provides the same during unavailability of energy sources. This work presents a performance analysis of metal hydride based thermal energy storage system (MH-TES), which can transform the waste heat into useful high-grade heat output. This system opens new doors to look at renewable energy through better waste heat recovery systems. Experimentally measured PCIs of chosen metal hydride pairs, i.e. LaNi_4.6Al_0.4/La_0.9Ce_0.1Ni₅ (A-1/A-3; pair 1) and LaNi_4.7Al_0.3/La_0.9Ce_0.1Ni₅ (A-2/A-3; pair 2) are employed to estimate the thermodynamic performance of MH-TES at operating temperatures of 298 K, 373 K, 403 K and 423 K as atmospheric temperature (T_atm), waste heat input temperature (T_m), storage temperature (T_s) and upgraded/enhanced heat output temperature (T_h) respectively. It is observed that the system with alloy pair A-1/A-3 shows higher energy storage density of 121.83 kJ/kg with a higher COP of 0.48 as compared to A-2/A-3 pair. This is due to the favourable thermodynamic properties, and the pressure differential between coupled MH beds, which results in higher transferrable hydrogen. Besides, the effect of operating temperatures on COP is studied, which can help to select an optimum temperature range for a particular application.     

Application characteristics of heat storage material system

电储热技术是当前适应煤改电环保需求和清洁供暖发展趋势的一项新技术,各种温度级别的储热材料均存在,根据需求选择并制备材料,进而设计电热储能的系统结构成为储热研究关键内容。本文针对蓄热材料的热性能进行了应用特性研究,分析并提出一种蓄热材料温度体系,并对高温蓄热材料应用特点进行了系统设计分析与比较,提出一种基于特制氧化镁的电阻式蓄热系统设计方法,并分析其特点。     

Performance analysis of high-capacity thermal energy storage using solid-gas thermochemical sorption Principle

储能技术是提高能源利用效率的一种有效手段,可有效调配能量供给与需求在时间,空间和强度上的匹配关系,传统显热储存技术和相变潜热储存技术的储热密度一般在100~200 kJ/kg,储热能力较低不利于规模化应用.本工作提出一种基于固-气化学反应的大容量热化学吸附储热方法,利用吸附工质对在化学反应过程中热能与化学吸附势能的相关转化实现热量的储存和释放,具有高效储热的显著优点.采用4种典型温区的吸附储热工质对为例进行了热化学吸附储热热力循环特性及工作性能的理论研究,在此基础上对不同温区吸附储热工质对(50~280 ℃)的热化学物性参数,储热温度,储热密度进行了分析比较,以期实现不同温度品位的热量储存.结果表明:热化学吸附储热技术的反应盐储热密度高达2000 kJ/kg以上,其储能密度约为传统显热储存技术和相变潜热储存技术的10~20倍,是一种具有发展潜力的大容量,高性能储热方法,该新技术可为规模化工业储热应用及太阳能等可再生能源的高效利用提供技术支撑.     

Review on phase change material emulsions and microencapsulated phase change material slurries: Materials, heat transfer studies and applications

Phase change materials (PCM) in the form of slurries have had an increasingly important role as heat transfer fluids and as thermal energy storage media. Although it is a recent technology in the field of thermal energy storage with phase change materials, the volume of literature begins to be significant. This investigation carries out a compilation of information on two latent thermal fluids: PCM emulsions and microencapsulated PCM slurries (mPCM slurries). This review presents tables containing information on the different PCM emulsions and mPCM slurries studied by different researchers, as well as commercially available products. Thermophysical and rheological properties are analyzed, making a special effort to analyze heat transfer phenomena, concluding with the enumeration of application examples available in literature.     

Form-stable phase change materials for thermal energy storage

The present paper considers the state of investigations and developments in form-stable phase change materials for thermal energy storage. Paraffins, fatty acids and their blends, polyethylene glycol are widely used as latent heat storage component in developing form-stable materials while high-density polyethylene (HDPE), styrene-butadiene-styrene (SBS) triblock copolymer, Eudragit S, Eudragit E, poly (vynil chloride) (PVC), poly (vynil alcohol) (PVA) and polyurethane block copolymer serve as structure supporting component. A set of organic and metallo-organic materials with high transition heat in solid-solid state is considered as perspective for-stable materials to store thermal energy. Another perspective class of form-stable materials are the materials on the basis of such porous materials as expanded perlite and vermiculite impregnated with phase change heat storage materials. The technology of producing new form-stable ultrafine heat storage fibers is developed. It opens availability to produce the clothers with improved heat storage ability for extremely cold regions. The perspective fields of application of form-stable materials are discussed. The further directions of investigations and developments are considered.