相变储能技术介绍及其展望25
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相变储能技术介绍及其展望 能动学院能动A02王来升
相变储能技术介绍及其展望 摘要：相变储能材料作为一种提高能源利用稳定性以及效率的技术越来越受到人们重视，如何有效的对相变储能技术进行研究越来越受到人们的重视。 关键词：相变材料；应用；展望0引言：能源是人类赖以生存的基础。随着人类生活以及生产活动的高速发展，我们对能源的需求量越来越大，而化石能源的日益枯竭、能源利用带来的污染问题却越来越严重。如何提高能源的利用效率、最大限度的利用低品位能源、开发可利用的新能源成为当今社会的研究热点。自20世纪七十年代石油危机后，热能存储技术在工业节能和新能源利用领域日益受到重视，在我国2000年前后，全面实行分时计度电价政策后，相变储能技术便成为工业和民用的热点，尤其是随着太阳能、风能和海洋能等间歇性绿色能源的发展，相变储能技术越来越受到人们的重视。1. 相变储能技术的发展概况1.1国外相变储能技术的发展概况20世纪六十年代，美国国家航空航天局就非常重视相变技术在航天领域的应用用。1980年美国Birchenall等提出采用合金作为相变材料[1]，提出了三种典型状态平衡图和二元合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法。1991年德国Gluck和Hahne等利用????2????4/Si??2制成高温蓄热砖，并建立太阳能中央收集塔的蓄能装置[2]。2001年Faird等以Ca????2-6??2O作为相变材料采用微胶囊技术封装制备了相变储能地板[3]。2006年Hammou等设计了一个含有相变材料的混合热储能存储系统[4]。1.2国内相变储能技术的发展概况在我国，二十世纪七十年代末、八十年代初，中国科技大学、华中师范大学、中国科学院广州能源研究所等单位就开始了对无机盐、无机水合盐、金属等相变材料的理论和应用作了详细的研究工作。西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共同利用西藏盐湖盛产的芒硝和硼砂等无机水合盐类矿产加入独特的悬浮剂等成功研制出太阳能高密度储热材料[5]。林怡辉，张正国等人采用溶胶―凝胶法[6]，采用二氧化硅作母材，有机酸作相变材料，合成复合相变材料。二浙江大学王永川等人对相变储能材料及其实际应用作了大量相关概述。2.相变储能技术概念及特点2.1储能技术分类（1）显热储能：利用物质的热容量，通过温度变化存取能量。（2）潜热储能（即相变储能）：通过相变，在恒温条件下吸收、释放热量，包括固- 液相变、固- 固相变、液- 气相变、固- 气相变。（3）化学反应储热：利用可逆化学反应过程中的热效应存摄热量。2.2相变储能材料分类及相关介绍2.2.1相变储能材料要求[7]（1）储热密度大。显热材料热容大；潜热材料相变潜热大；化学储热材料反应热效应大。（2）稳定性好。单组分材料不易挥发、分解；多组分材料各组分间结合牢固，不发生离析。（3）无毒、无腐蚀、不易燃易爆。（4）导热系数大便于热能的存取。（5）不同状态间转化时体积变化要小。（6）合适的使用温度2.2.2相变储能材料分类及介绍[8]（1）固-气相变材料（2）液-气相变材料（这两种材料一般不用）（3）固-液相变储能材料固液相变储能材料研究起步比较早，是现行研究中相对成熟的一类相变材料。其原理是，固-液相变储能材料在温度高于材料的相变温度时，物相由固态变为液态，吸收热量；当温度低于材料的相变温度时，物相由液态变为固态，放出热量。该过程为可逆过程，因此材料可以重复使用。且它具有成本低、相变潜热大、相变温度范围较宽等优点。目前国内外研究的作为固-液相变储能材料主要包括无机类和有机类两种。（4）固-固相变储能材料固-固相变储能材料是由于相变发生前后固体的晶体结构的改变而吸收或释放热量的，因此，在相变过程中无液相产生，相变前后体积变化小，无毒、无腐蚀，对容器的材料和制作技术要求不高，过冷度小，使用寿命长。目前研究的固-固相变储能材料主要是无机盐类、多元醇类和交联高密度聚乙烯。3.相变储能同其他储能方式的比较以及几种相变储能方式的比较3.1相变储能同其他储能方式的比较同其他储能方式比较，相变储能方式有以下优点（1）相变储能材料相变时体积变化较小，且能量密度高，可在较小的空间储存大量的能量。（2）可重复利用，性能较稳定。（3）物质相变时在等温或接近等温的条件下发生，因此在蓄热和放能的过程中，温度和热流基本恒定。当然相变储能方式同其他储能方式比较，其研究起步晚，技术还不成熟还存在着很多缺点比如：有些相变储能材料在多次利用后性能会发生改变，无法继续使用，此外相变储能材料成本相对较高，是目前利用的一大瓶颈。3.2几种相变储能方式的比较[9]固-液相变材料主要优点是价格便宜，但是存在过冷和相分离现象，从而导致储能不理想：易产生泄露问题，污染环境；腐蚀性较大，封装容器价格高等缺点。与固-液相变储能方式相比，固-固相变材料具有不少优点。可以直接加T成型，不需容器盛装：固-固相变才来哦膨胀系数较小，相变时体积变化较小：不存在过冷和相分离现象，不需要加入防过冷剂和防相分离剂；毒性很低，腐蚀性很小；无泄露问题，对环境不产生污染；组成稳定，相变可逆性好，使用寿命长：装置简单，使用方便。固-固相变材料主要缺点是相变潜热较低，价格较高。 ?4．相变储能技术的应用4.1相变储能技术的应用领域[10]相变储能技术可以解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾。同时其可以储存不稳定的能源输入从而使其成为稳定的能源输出。基于以上特点相变储能技术大致有以下几方面的利用：（1） 民用电热器等产品中。（2） 工业余热利用设备中（3） 电力调峰（4） 新能源（主要是风能和太阳能）利用（5） 建筑节能设备中（6） 蓄冷空调在建筑中得用4.2相变储能技术的应用实例[11]（1）多功能储热电热锅（炉）（发明专利号ZL ），其特点如下①采用金属作为相变材料，加热元器件的工作温度可安全高达450~580℃（现市场销售的电热锅工作温度仅180~280℃）。②具有能量自动存储和释放功能，不改变输入功率便可使输出功率瞬时增加20%~30%，使1~1.2千瓦电炒、火锅的瞬时火力可相当于1.3~1.6千瓦的电炒、火锅的瞬时火力，同时还具有拔掉电源仍可保持沸腾10~十五分钟的特性。（2）在加热炉上的应用加热炉烟气回收的热量，一部分可用于自身助燃空气的预热，另一部分先储存起来，后用于热处理炉预热及空气加热，可用一套储热换热器完成，储热换热器同时与热处理炉烟道连接，当加热炉停止工作时，还可以回收热处理炉的烟气余热，系统如图 （3）相变储热能泵利用相变储能装置与热泵的蒸发器相结合做成相变储热泵可以从根本上解决常规热泵供热与所需热负荷之间的矛盾。热泵在夜间用电低谷期，利用电加热器加热相变储能材料将热量储存起来，供热泵在白天或其他时间蒸发器所用。这样不仅可以从根本上解决传统空气源热泵系统存在结霜和供需矛盾等问题，还可以提高热泵的制热系数。另外，在低价的夜间低谷电蓄热，将蓄存的热量转移在白天使用，还可以节省运行费用，对电网进行峰值调节，有利于电网的安全运行。 （4）在太阳能发电当中的利用因为太阳能的不连续性，所以常规太阳能发电装置不能够联系工作：白天工作，夜晚不能工作，阴雨天气也不能工作，这就使系统变得不稳定，维护费用加大， 且所发的电不连续使利用变得困难，若增加蓄热装置，在白天太阳光强烈时蓄热装置蓄热，夜晚没有阳光时，蓄热装置放热，使发电系统持续运行，即使阴雨天气也能正常使用。这样便能保证系统的稳定性，且所发出的电压稳定，便于利用。5.相变储能技术的应用展望相变储能技术主要包括：相变储能材料的选择、制备、开发，储能和换热装置及其系统的设计、制造、安装和保温，相变储能技术的应用领域等。对于相变储能材料的选择与制备，各国科学家已作了大量的工作，很多材料在相变储能上得到利用，且各国科学家对各种材料的性能参数都做了大量工作，如今已建立了一个详细的数据库，但大多数相变储能材料都存在着一定的缺点，比如重复利用低，多次使用性能不稳定，性价比低等缺点，如何克服这些缺点或找寻更适合的材料是未来相变储能材料研究的重点。储能和换热装置及其系统的设计，目前还不成熟，如何根据各种相变储能材料和应用领域设计相应的储能和换热设备，从而更大限度的发挥相变储能技术的优点是目前研究的方向。目前相变储能技术主要应用在新能源的利用、电力调峰、工业低温余热的利用中。如何适应各种应用场所选择合适的相变储能材料以及相关的设备，提高能源的利用效率是未来研究的重点领域。参考文献[1]Birchenall C E,Riechman A F. Heat storage in eutectic alloys. Metallurgical Transactions A,5~1420.[2]HahneE,TautU,GrobY.Salt ceramic thermal energy storage forsolar包含各类专业文献、文学作品欣赏、外语学习资料、高等教育、专业论文、相变储能技术介绍及其展望25等内容。　
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根没有电池厂会将其用于动力电池的制备。类似这样只突出某一项性能而完全忽略其他指标的新型动力电池，只能是实验室产物，离产业化距离很遥远。在中天储能CTO靳承铀看来，动力电池市场正处于爆发前夜，恰恰在这个时候爆出新颖或者革命性的东西，或许极大改变电动汽车产业的现状，这是件好事情
包括锂电池制造领先企业-CATL、中航锂电、福斯特、天劲新能源、中天储能、中兴派能、东莞迈科；正极材料领先企业天津巴莫；负极材料领先企业-江西正拓；新兴的锂电材料综合供应商-兴能新材料，隔膜领先企业-中科科技、沧州明珠、星源材质，电解液及上游材料领先企业-新宙邦、广州天赐，锂电设备领先
，这其中，仅在电芯细分领域，就有将近30家领军企业大佬报名年会盛事。谈笑有鸿儒，往来无白叮动力电池领域中，比亚迪总工程师刘卫平、CATL董事长李平、中航锂电总经理王崇岭、上海中兴派能总经理袁微力神动力总经理刘海清、中天储能董事长薛驰、德朗能董事长吴江峰等行业大佬都已加入众筹
中天储能科技有限公司(下称中天储能)CTO靳承铀告诉记者，磷酸铁锂的一致性较难保证，负极材料(比如石墨)的差异化更大...有需要时，东莞杉杉甚至会给电池厂那些知识储备不高但又会接触产品的一线人员进行培训...靳承铀透露，中天储能该有的检测设备都有，当材料厂供应的材料品质不合格或者有波动，自
中天储能科技有限公司(下称中天储能)CTO靳承铀颇有些不满地对记者说道，公司就碰到过这样的事，即便和对方有了保密约定也不管用...靳承铀就坦承，虽然中天储能曾经与设备厂合作时吃过亏，但现在也仍有与几家设备厂合作，只不过会选择信任度高的设备厂...靳承铀向记者透露：中天储能和会选择信用
口商品交易会(广交会)琶洲展馆隆重拉开序幕，中天储能科技有限公司(下称中天储能)携其新产品和技术，亮相本次锂电行业盛会...中天储能展区近期，中天储能还推出了新一代家庭式储能电源系统...中天储能由江苏中天科技股份有限公司和浙江兴海能源科技有限公司合资建立，公司成立于2012年12
车产量急剧增长，电动自行车中锂电池渗透率进一步提高；由于电池价格有所下降，价格敏感型的通信储能市场需求增长较为强劲...作为锂电行业的精品展会，2014高工锂电展吸引了CATL、中兴派能、中航锂电、中天储能、福斯特、迈科、天劲新能源、环宇赛尔、卓能、索尔新能源等一批顶尖电芯及PACK企业
届时，CATL、比亚迪、中兴派能、中航锂电、中天储能、福斯特、迈科、天劲新能源、环宇赛尔、索尔新能源等一大批国内外顶尖电芯及PACK企业，将集聚11.2号馆，参与到本届锂电专业盛会中...仅展示新型数码软包电池、储能电池、动力电池等实物，还将在展会期间，与业内各界人士分享行业内前沿的知识与最
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