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清洁供暖现状与发展趋势(二):多种储热技术综合比较

  集成储热的电供暖技术可以降低供暖的运行成本、调节电网负荷,促进风电、光电等可再生能源电力的消纳,逐渐成为研究和应用热点。但是,集成储热的供暖技术的应用效果与储热有直接关系。

  储热技术是以储热材料为媒介,将太阳能光热、电制热、地热、工业余热、低品位废热等热能进行储存,并在需要时进行释放利用,力图解决热能供给与需求间在时间、空间或强度上不匹配所带来的问题,最大限度地提高能源利用率而逐渐发展起来的一种技术。储热技术根据储热原理可以分为显热储热技术、潜热储热技术和热化学储热技术。

  显热储热技术是利用储热材料的热容量,通过升高或降低材料的温度而实现热量储存或释放的技术,是研究最早、利用最广泛、最成熟的技术,具有原理简单、材料来源丰富、对环境友好、成本低廉等优点,但通常也存在储能密度低、温度输出波动大、自放热与热损失大等问题。

  根据储热材料的相态,常用的显热储热技术可以分为液体储热材料和固体储热材料。常见的液体储热材料包括水、熔盐、导热油、液态金属等,固体储热材料包括岩石、复合混凝土等。不同显热储热材料特点见表。

  潜热储热技术,又称相变材料,是利用储热材料在物相变化过程中吸收或释放大量潜热以实现热量储存和释放的技术,具有储热密度高、放热过程温度近乎恒定的优点。

  根据储热材料工作过程中相态转变的基本形式,潜热储热材料可以分为固-气、液-气、固-固和固-液四类相变材料。其中,固-气和液-气相变材料在相变过程中存在体积变化大等问题,固-固相变材料存在相变潜热小和塑晶现象严重等缺点,相关研究和实际应用较少。固-液相变材料具有较大的相变焓、较小的体积变化,是目前主要研究和应用对象。

  按照工作温度,固-液相变材料又分低温相变材料和高温相变材料。其中,低温相变材料主要包括聚乙二醇、石蜡和脂肪酸等有机物及无机水合盐,中高温相变材料主要包括无机盐、金属和合金等。不同的相变材料特点见表。

  天帅智能科技所研发的“相变储能蓄热”采暖装置,利用的是夜间低价谷电,在有效消纳富余电力的同时,还能实现电力的“移峰填谷”,为稳定和平衡国家电网系统压力做贡献。中国是世界第二大电力消费国,也是可再生能源世界第一装机容量大国,冬天各种来源的电力都过剩,利用富余电力供热,将大大有助于替代燃煤供热,减少雾霾。

  再者相变储热清洁供暖设备,利用低价谷电加热,白天停止加热,只从相变储热单元中释放热量来实现供暖,只需使用7小时低价谷电,就可持续24小时清洁供暖,能够有效节约运行成本,降低能耗,成为深受市场好评的一种新型清洁供暖设备。

  低价谷电储热清洁供暖行业得到了大力支持和前所未有的快速发展。各级政府出台了大量清洁供暖利好政策与峰谷电价政策,居民实施清洁采暖可享受优惠电价,家用电和取暖电价分开等等。在优惠力度上,低价谷电储热清洁供暖迎来了发展的春天,我国超万亿规模的清洁供暖市场的未来肯定是低成本谷电储热清洁供暖的主场。

  热化学储热技术是利用储热材料相接触时发生可逆化学反应进行热量储存和释放的技术,具有更大的能量储存密度、可在常温下无损失地长期储存热能等优点,但也存在技术成熟度不足、反应速率难以控制等问题。

  根据反应特点,热化学储热技术可分为化学反应、吸附和吸收3种储热技术。其中,化学反应储热技术是基于不同化学物质的可逆反应;吸附储热技术是基于被吸附物向吸附剂表面的累积或聚集;吸收储热技术是基于被吸收物在吸收剂内的溶解或渗透。

  按照工作温度,热化学储热材料可分为中低温热化学储热材料和高温热化学储热材料。其中,中低温热化学储热材料主要是利用水蒸气、氨气作为吸收剂和吸附剂,常见的材料体系见图3。高温热化学储热材料可以分为金属氢化物体系、有机物体系、氧化还原体系、氢氧化物体系、氨体系和碳酸盐体系。

  整体而言,不同的储热技术特点和技术成熟度见表3和表4。从表中可以看出,显热储热技术在储热规模、效率、寿命、成本、技术成熟度等方面具有较大的优势,但是储能周期较短、能量密度较低等方面也限制了其应用发展,特别是一些储热体积限制较大的应用场合。潜热储热技术具有较长的储能周期、较大的能量密度、较高的热效率和较长的使用寿命,但是其储能规模和成本仍需要进一步改善,其技术成熟度也需要进一步提高,以达到商业应用的要求。热化学储热技术在储热周期、能量密度等方面具有较大的优势,但是储能规模、效率、寿命、成本、技术成熟度需要进一步改善,且相关研究仍处于实验室验证阶段,需要大量的时间和经费进行基础研究以推进实际应用。