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熱化學儲熱技術是海內外儲熱領域的重點研發方向

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熱化學儲熱技術是海內外儲熱領域的重點研發方向

【摘要】:

今年1月3日,北京熱力基于熱化學儲熱的第三代儲熱技術研究與示范技術開發服務采購項目中標結果公布,北京科技大學以185萬元投標價中標。據悉,北京工業大學北京天約敬成機電設備有限公司等多家單位也參與了該項目投標。

 

熱化學儲熱技術是指利用化學變化過程中熱量的儲存和釋放達到熱能儲存目的的一種技術,可以實現熱能季節性存儲和長距離運輸,在工業余熱的利用、太陽能熱儲存以及化學熱泵等方面具有極大的應用價值,被視為是儲熱技術未來發展的重點方向。

 

但熱化學儲熱技術儲放熱過程較難控制,化學反應與傳熱的匹配存在問題,穩定性有待進一步的測試,與已實現商業化應用的顯熱儲熱和相變儲熱相比,熱化學儲熱技術多處于實驗室驗證階段。當前包括中國、美國在內的多國相關科研機構正在開展相關研究。

據了解,上述北京熱力熱化學儲熱技術研究項目為科技攻關項目,項目聚焦基于熱化學儲熱的第三代儲熱技術的三個關鍵科學與技術問題開展研究:基于熱化學儲熱技術的制熱與儲熱;中低溫非穩態反應系統的流動與傳熱以及熱化學儲熱系統的傳熱強化。該研究項目的啟動,將進一步推動我國熱化學儲熱技術的研發進展。

 

此外,上海交通大學等國內多個高校已經對熱化學反應動力學等多個關鍵問題進行了研究,取得了眾多實驗經驗與研究結果。

 

而在國外,多家機構目前已針對熱化學儲能體系反應物系的性能優化、儲能系統的設計、反應床的強化傳熱傳質、循環的性能等做了大量研究,建立了許多熱化學儲能實驗樣機。

 

通常而言,熱化學儲能體系主要包括氧化還原體系、金屬氫化物體系、碳酸鹽分解體系、氨分解體系、甲烷重整體系和無機氫氧化物體系。其中,典型的氣固反應體系Ca(OH)_2/CaO,原材料廉價易得、環境友好且儲熱容量較高,被認為是最具潛力的中高溫熱化學儲能體系之一。

 

2016年5月,美國俄勒岡州立大學和佛羅里達大學的科研人員合作推出一種新型熱化學儲能系統,可用于存儲和釋放太陽能。相比傳統儲熱設備,美國科研人員改進后的儲能方案新增一種類似電池的熱化學儲能系統,該系統在“充電”期間,碳酸鍶在太陽熱能作用下,分解成氧化鍶和二氧化碳。當“放電”時,氧化鍶和二氧化碳會發生合成,同時釋放出儲存的熱量。該儲能系統的材料易獲得、不易燃且綠色環保,使用這些材料合成的化合物運行溫度高達1200攝氏度,儲熱效率比現有儲熱系統高兩倍。

 

在瑞典,SaltX技術公司在推動熱化學儲熱技術的商業化應用上已走在前列。瑞典SaltX技術公司成立于2001年,其推出的新型鹽晶儲能技術主要利用鹽晶體及其溶液在不同溫度作用下,發生化學反應來進行儲存與釋放能量,可應用于光熱發電、太陽能制冷和空調領域,使能耗及儲能成本降低約33%。目前,該公司已與美國通用電氣、瑞美制造和阿法拉伐等公司建立合作關系,并提供新型儲能解決方案。

 

總體來看,熱化學蓄熱溫度范圍高,蓄熱密度較大,但是工藝復雜并且技術成熟度低,還需要進行反應速率和傳熱性能的良好匹配,值得進一步研究,隨著難題的逐漸解決,其應用前景將十分廣闊。

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