中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國(guó)家的1400余位嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，上海交通大學(xué)工程熱物理所所長(zhǎng)趙長(zhǎng)穎，在“先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)專場(chǎng)”，以《高效儲(chǔ)熱技術(shù)及進(jìn)展》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
上海交通大學(xué)工程熱物理所所長(zhǎng)趙長(zhǎng)穎
趙長(zhǎng)穎：大家下午好，我是來自上海交通大學(xué)的趙長(zhǎng)穎。首先看一下這個(gè)研究背景，我們知道儲(chǔ)熱具有廣泛的應(yīng)用，其中在低溫下，也就是在100度以下我們一般作為低溫儲(chǔ)熱，中溫是100到300度之間，高溫一般是300到1千度左右，這是一個(gè)具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)。主要是由于這個(gè)功能的不連續(xù)性，能量在應(yīng)用過程中必須是連續(xù)的，所以就多出一個(gè)功能與用能之間的一個(gè)不匹配的問題，所以需要一個(gè)儲(chǔ)能的裝置，以這個(gè)典型的太陽(yáng)能熱發(fā)電為例，左邊是一個(gè)太陽(yáng)能集熱裝置，中間是儲(chǔ)熱裝置。儲(chǔ)熱在這里面占了三大核心之一，研究來說也是技術(shù)相對(duì)不成熟的階段，現(xiàn)在也是研究的熱點(diǎn)。實(shí)際上現(xiàn)在太陽(yáng)能熱發(fā)電，像這種大規(guī)模的儲(chǔ)熱系統(tǒng)里面用的基本上還是顯熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)，而顯熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)需要很大的體積，所以它的成本貴，占整個(gè)熱發(fā)電系統(tǒng)的大概五分之一到四分之一。如果這個(gè)儲(chǔ)熱技術(shù)成熟的話，因?yàn)樗膬?chǔ)熱密度高，需要的空間也就小很多，成本也會(huì)明顯的降低。現(xiàn)在因?yàn)榧夹g(shù)還有很多方面不太成熟，所以增加了一些成本。
我簡(jiǎn)要談一下相變儲(chǔ)熱，這個(gè)相對(duì)顯熱儲(chǔ)熱我們能看到。我們需要考慮到很多方面，其中相變材料主要有這種有機(jī)相變材料和無機(jī)相變材料，在中高溫間主要是這種無機(jī)相變材料。下面我簡(jiǎn)要的談一談我們?cè)谶@方面做的一點(diǎn)工作，我們主要是低成本相變材料的制備方面，我們看到這種硝酸鈣、硝酸鈉這種價(jià)格低廉的儲(chǔ)熱，可以看到它的儲(chǔ)熱密度是在164.9。這是一些循環(huán)的穩(wěn)定性問題，我們能看出它的循環(huán)穩(wěn)定性包括它的熱性都是非常好的。當(dāng)然另外一點(diǎn)，如果相變儲(chǔ)熱應(yīng)用的話必須要考慮到它的腐蝕性問題，所以我們進(jìn)行了一些腐蝕性的測(cè)試?？梢钥吹竭@種硝酸鹽類跟腐蝕性應(yīng)該還是非常低的，所以這個(gè)問題不大。這個(gè)三元的混合硝酸鹽，這個(gè)不是主要用來儲(chǔ)熱的，它是作為傳熱介質(zhì)，所以我們開發(fā)了這種三元的鹽類配比，熔點(diǎn)越低越好，因?yàn)樗讨笪覀冇靡恍崴涂梢园阉诨_，而且它的工作穩(wěn)定區(qū)間能夠達(dá)到400度左右。
另外一點(diǎn)，作為相變儲(chǔ)熱還有一點(diǎn)就是它的傳熱能力的問題，導(dǎo)熱能力強(qiáng)化的問題。就是說在短時(shí)間內(nèi)迅速的傳進(jìn)來和迅速的放出去這個(gè)熱量，功率決定了這個(gè)傳熱能力。不管是有機(jī)還是無機(jī)，這種材料的導(dǎo)熱性都是比較熱的，所以必須采取一些強(qiáng)化傳熱的方式來提高它的功率。我們?cè)谶@里做了一些測(cè)試，包括在不同的區(qū)間內(nèi)這種多種介質(zhì)在不同區(qū)域的作用是不一樣的，這里細(xì)節(jié)的我們就不展開了。另外我們?cè)谶@種中高溫里面相變儲(chǔ)熱的腐蝕性我們也進(jìn)行了一些測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)腐蝕性有一點(diǎn)，但是也是相對(duì)比較弱的。剛才談的是儲(chǔ)熱方面的一些比較重要的方面，包括材料、腐蝕性、傳熱等等，當(dāng)然現(xiàn)在由于針對(duì)余熱的溫度不一樣，像鋼鐵行業(yè)的余熱溫度是比較高的，我們考慮到采用梯級(jí)相變材料。如何確定每一級(jí)的相變溫度呢？這個(gè)就根據(jù)用戶的需求，到底是用來發(fā)電還是用來取暖，所以我們進(jìn)行了一些系統(tǒng)的優(yōu)化，我們也搭建了一個(gè)三級(jí)的梯級(jí)儲(chǔ)熱的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在這個(gè)優(yōu)化的過程中，我們根據(jù)熱力學(xué)跟傳熱學(xué)，包括用戶的用途，根據(jù)這些進(jìn)行了一些系統(tǒng)的優(yōu)化，來確定中間最佳相變點(diǎn)。然后根據(jù)相變點(diǎn)來確定每一級(jí)到底選用什么樣的材料，達(dá)到最佳的效果。
下面簡(jiǎn)單談一些相變儲(chǔ)熱應(yīng)用的實(shí)例，這個(gè)是法國(guó)和西班牙的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，這個(gè)是德國(guó)宇航中心的儲(chǔ)熱的實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)是啟能，也是我們江蘇啟能儲(chǔ)熱的產(chǎn)品，他們應(yīng)該說在這個(gè)方面是最權(quán)威的，也是市場(chǎng)做的最好的。650MJ的儲(chǔ)熱的應(yīng)用，包括移動(dòng)熱度，當(dāng)然他們也廣泛的應(yīng)用到了最大的幾個(gè)商城里面，還有北方很多省份都有他們廣泛的應(yīng)用，這是相變儲(chǔ)熱典型的應(yīng)用系統(tǒng)，包括移動(dòng)車，發(fā)展是非常迅速的。天津大悅城他們應(yīng)用這個(gè)冬季取暖之后，用這個(gè)谷電，因?yàn)楣入娛欠浅１阋说?，充起來之后白天就不用額外的取暖了，就經(jīng)過這個(gè)來加熱，每個(gè)冬天他們節(jié)省的城市供熱的成本能夠節(jié)省60%。當(dāng)然中高溫相變儲(chǔ)熱技術(shù)還存在一些問題，比如說相變材料及儲(chǔ)熱系統(tǒng)的循環(huán)穩(wěn)定性需進(jìn)一步驗(yàn)證與提升，我這里講的主要是針對(duì)中高溫的。下面我快速的過一遍這個(gè)熱化學(xué)儲(chǔ)熱方面的一些研究進(jìn)展，我們知道熱化學(xué)儲(chǔ)熱相對(duì)相變儲(chǔ)熱來說它的儲(chǔ)熱密度就更大了，另外它可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的季節(jié)性儲(chǔ)熱，另外還可以提高能量的的品質(zhì)，儲(chǔ)熱密度比較大。它的儲(chǔ)熱密度明顯的高過相變儲(chǔ)熱，這個(gè)應(yīng)該是未來更加有潛力的儲(chǔ)熱方式。這個(gè)原理也很簡(jiǎn)單，這個(gè)循環(huán)過程是一個(gè)典型的儲(chǔ)放熱系統(tǒng)，你用來儲(chǔ)放熱的過程中就沒有這么簡(jiǎn)單了，因?yàn)樗且粋€(gè)熱化學(xué)的動(dòng)力系統(tǒng)加上一個(gè)傳熱的匹配問題。首先這里面是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的問題，東京大學(xué)對(duì)這個(gè)方面做了一些實(shí)驗(yàn)和研究，細(xì)節(jié)就不展開了。還有國(guó)外的這個(gè)人也通過加入一些催化劑，加快化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率。這是我們的一些實(shí)驗(yàn)，剛才是一個(gè)理論，這是一些實(shí)驗(yàn)的測(cè)試，如何增加它的化學(xué)反應(yīng)速率，增加了元素之后它的分解過程就發(fā)生了變化，從這個(gè)過程就改變了熱化學(xué)儲(chǔ)放熱的結(jié)果。我們?cè)谶@里也加入了一些金屬泡沫什么的，可以看到反應(yīng)床的均勻性大大提高了，對(duì)熱化學(xué)儲(chǔ)放熱是非常有利的。這個(gè)是我們?cè)诤铣杀壤驴梢晕⒂^的看到一些穩(wěn)定性的問題，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試。還有一個(gè)問題是有可能存在的二氧化碳的阻礙作用，我們知道氧化鎂表面有可能會(huì)形成二氧化碳的一個(gè)膜，這樣就阻礙進(jìn)一步的反應(yīng)，就影響了它的儲(chǔ)放熱的問題。我們對(duì)二氧化碳的腐蝕性問題進(jìn)行了一個(gè)測(cè)試，最后得出結(jié)論是很小的，可以忽略不計(jì)，不用考慮。放熱階段，二氧化碳對(duì)氧化鎂這個(gè)過程，放熱的過程也是影響不大的，不用考慮。但是對(duì)氫氧化鈣的放熱過程影響是比較明顯的，所以在這個(gè)過程中最好是縮短它的反應(yīng)時(shí)間，盡可能的排除二氧化碳的影響。
我們用這個(gè)系統(tǒng)也進(jìn)行了不同參數(shù)下的儲(chǔ)放熱過程的一些實(shí)驗(yàn)的測(cè)試，包括不同的儲(chǔ)放熱溫度以及摻雜的元素和不同的初始溫度等等，對(duì)整個(gè)儲(chǔ)放熱性能以及整個(gè)儲(chǔ)放熱功率的影響。熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)也存在一些問題，首先化學(xué)反應(yīng)速率與傳熱功率的控制和匹配問題，防止化學(xué)反應(yīng)失效。對(duì)于儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行模式、運(yùn)行參數(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)的控制方面還有待儲(chǔ)熱系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試。另外化學(xué)儲(chǔ)熱的穩(wěn)定性在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試上也是不足的。儲(chǔ)熱系統(tǒng)是一個(gè)綜合的系統(tǒng)，需要考慮的方面大體上有十個(gè)比較需要關(guān)注的，我在這里列了一下，它的前景應(yīng)該是具有好的一種儲(chǔ)熱方式。我在這里列一下中高溫的還有相變儲(chǔ)熱跟熱化學(xué)儲(chǔ)熱存在的未來一些方面的研發(fā)跟技術(shù)開發(fā)。謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
