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熱儲冷技術(shù)具有規(guī)模大、成本低、壽命長等優(yōu)點，在電力、建筑、工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)存儲方式不同，儲熱儲冷技術(shù)可分為顯熱、潛熱和熱化學(xué)儲熱三類。2021年，我國學(xué)者在儲熱材料物性調(diào)控機理、儲熱換熱特性與強化、儲熱材料制備技術(shù)、系統(tǒng)控制與優(yōu)化技術(shù)、系統(tǒng)集成示范等方面，取得了重要進展。

1、基礎(chǔ)研究

在儲熱材料物性調(diào)控及其機理方面，形成從量子力學(xué)到牛頓力學(xué)，從納米尺度到宏觀的多尺度研究手段?；诘谝恍栽韺ξ镔|(zhì)電子和晶格的熱運動規(guī)律進行研究，得到材料物性的調(diào)控方法；采用分子動力學(xué)對物質(zhì)原子體系行為進行研究，得到物質(zhì)的微觀熱物性機理，尤其是揭示了熱化學(xué)儲熱的核殼結(jié)構(gòu)。在溫度對能壘的作用，材料原子間相互作用，熱作用下晶格振動和電子運動規(guī)律等的研究方面取得了較大進展。研究了新工質(zhì)和維持多孔物理吸附材料反應(yīng)活性和吸附循環(huán)熱穩(wěn)定性的方法；利用相圖理論發(fā)展了低熔點高分解溫度混合熔鹽的設(shè)計方法。

儲熱換熱特性與機理方面，在相變材料中添加一維到三維的納米尺度高導(dǎo)熱材料，形成熱輸運通道和增加聲子傳輸能力。Tian等開展了利用莫里定律的仿生儲熱換熱研究；Yao等基于拓?fù)鋬?yōu)化方法獲得儲熱換熱器新結(jié)構(gòu)；Yu等研發(fā)了熔鹽納米流體的比熱容提升和對流傳熱強化特性，熔鹽納米流體的比熱容提升和對流傳熱強化機理等；Lin等研究了新型噴淋式填充床內(nèi)滲流流動及儲熱特性；文獻(xiàn)[64-66]研究了多種水合鹽類、糖醇類和石蠟類儲釋熱性能，并且開展多種復(fù)合強化、微膠囊化、翅片增強等方法研究；Chen等研究了相變材料儲釋熱過程體積變化產(chǎn)生的縮孔縮松特征及其影響。Feng等在吸附式儲熱儲冷方面、新工質(zhì)和維持多孔物理吸附材料反應(yīng)活性、吸附循環(huán)熱穩(wěn)定性等方面有較多研究。

2、關(guān)鍵技術(shù)

在儲熱儲冷材料制備技術(shù)方面，基于碳化硅、黑剛玉與高嶺土等材料研制出可在1100℃條件下安全使用的儲熱陶瓷顆粒材料；在熔鹽儲熱材料方面，重點開展了低熔點二元熔鹽、低熔點高溫三元熔鹽體系研究。Guo等研發(fā)了堿金屬和堿土金屬的氯化物熔鹽體系，實現(xiàn)了700℃下氯化物熔鹽對316不銹鋼的腐蝕速率低于205.37μm/年；還開展了復(fù)合相變、定形相變和仿生相變儲熱材料研究，提出了基于納米顆粒、多孔仿生陶瓷、共晶鹽體系的比熱容和熱導(dǎo)率協(xié)同提升方法，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)116 W/(mK)[71]；在太陽能熱化學(xué)儲熱方面，韓翔宇等開展了Co3O4/CoO等金屬氧化物反應(yīng)物體系和鈣基熱化學(xué)儲熱的動力學(xué)研究；Liu等實現(xiàn)了太陽能直接驅(qū)動光熱轉(zhuǎn)換與熱化學(xué)儲熱一體化。

在儲熱儲冷裝置設(shè)計技術(shù)方面，賀明飛等研究了大容量長周期跨季節(jié)儲熱，進行了蓄熱水體承重浮頂熱力耦合特性和逆斜溫層控制技術(shù)研究；Guo等研究了土壤跨季節(jié)儲熱的傳蓄熱機理和結(jié)構(gòu)參數(shù)；Zhu等和Liu等研究了換熱器、熱管等相變儲冷儲熱強化技術(shù)，Chen等開展了高效動態(tài)冰漿蓄冷換熱性能研究與性能優(yōu)化等。

在系統(tǒng)控制與優(yōu)化方面，研究人員開展了儲熱儲冷應(yīng)用于太陽能熱發(fā)電、火電調(diào)峰、風(fēng)電消納、分布式能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的能源系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化和運行調(diào)控策略等方面研究；張涵等研究了熱泵儲電、卡諾電池等以熱能和冷能存儲電能的新型儲能系統(tǒng)；林釀志等和徐德厚等開展了基于水體和土壤等方式的大容量長周期跨季節(jié)儲熱研究，建立了考慮技術(shù)經(jīng)濟性的儲熱供熱系統(tǒng)性能分析方法。

3、集成示范

在儲熱集成示范方面，2021年度在敦煌建成了采用熔鹽儲熱的50 MW線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電站，熱熔鹽溫度550℃，冷熔鹽溫度290℃，熔鹽儲熱可發(fā)電750 MW·h；在新疆哈密建成了50 MW熔鹽塔式光熱發(fā)電，采用熔鹽儲熱可實現(xiàn)12 h連續(xù)發(fā)電；在河北黃帝城建成1.06萬m3水體儲熱的太陽能儲熱采暖項目，在北京建立了50 kW/500 kW·h中低溫?zé)峄瘜W(xué)儲熱中試系統(tǒng)；在張家口建成100 MW亞臨界水蓄熱子系統(tǒng)應(yīng)用于100 MW先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)；在張家口應(yīng)用水合鹽相變材料實現(xiàn)為冬奧會轉(zhuǎn)播中心供暖。江蘇金合公司己實現(xiàn)中高溫復(fù)合相變材料及其系統(tǒng)技術(shù)(450～750℃)的規(guī)?；瘧?yīng)用。

在儲冷集成示范方面，在北京環(huán)球影城建成三聯(lián)供系統(tǒng)耦合冰蓄冷系統(tǒng)，每年冰蓄冷系統(tǒng)“移峰填谷”的電量可達(dá)630萬kW·h；北京用友軟件園采用冰儲冷技術(shù)，為18.5萬m2建筑供熱供冷；相變儲冷材料、裝備和系統(tǒng)研究進展迅速，基于相變材料的冷鏈運輸技術(shù)已獲得應(yīng)用。

注：本文摘自《儲能科學(xué)與技術(shù)》期刊，由王志峰、王亮、張雪松撰寫。