相變儲能技術將推動太陽能采暖發展

文 本刊記者 戴麗

相變儲能技術將推動太陽能采暖發展

文/本刊記者 戴麗

太陽能資源具有取之不盡用之不竭、無污染等優點，同時又不會增加環境負荷，是未來能源結構中的重要組成部分。我國屬于太陽能資源豐富的國家之一，全國2/3以上面積地區年日照小時數大于2000小時，具有太陽能利用的良好條件。

在建筑能耗中，生活熱水、供暖能耗占了相當大的比例，因此利用太陽能來滿足生活熱水、供暖等能耗的需求將具有巨大的節能效益。由此，推動太陽能采暖技術的發展在我國顯得尤為重要。

太陽能資源不穩定制約太陽能采暖的發展

我國的太陽能產業經過30年的發展，低溫利用技術和產品已經非常成熟，太陽能熱水廣泛應用于家庭、賓館、酒店、學校、醫院等多個領域。近年來，隨著太陽能熱利用產業的發展，技術的進步，一些企業也開始涉及太陽能采暖。但是在太陽能采暖應用領域，發展卻不是那么樂觀，應用也不夠廣泛，雖然國內不少太陽能企業開展了大量研究和探索，但到目前仍沒有成熟可行的產品和技術。究其原因，主要是因為在太陽能利用過程中，不能很好地實現能量的儲存。

太陽能資源具有其自身的特殊性——白天充足，夜晚缺乏，同時隨著天氣的變化和季節的不同也會產生很大的差異。由于太陽能資源的這種不穩定性，直接增大了太陽能采暖技術發展的難度，制約了太陽能采暖行業的發展。因為太陽能資源的不均衡問題，也直接影響了太陽能采暖的效果。

白天，太陽輻照很好的時候，太陽能采暖需求相對較小，夜晚沒有太陽照射的時候，反而對采暖要求較高。太陽照射的強度，資源可利用量與太陽能采暖的需求不成正比，因此要實現白天采暖，夜晚使用，能源儲存是關鍵。

內蒙古太陽能協會溫建亮說到，太陽能采暖能否取得發展關鍵在于是否能夠實現能量儲存。目前國內太陽能企業開展的采暖研究，基本沒有解決這一點，因此這也就成為目前太陽能采暖不能很好地推廣和發展的主要原因。要想取得太陽能采暖行業的發展，必須努力提高太陽能采暖系統中的太陽能資源利用的穩定性和保證率，做到能夠全年綜合利用。這就需要研究應用短期和跨季節蓄能新技術，在我國絕大部分地區都是冬季寒冷、夏季炎熱，需儲存春、夏、秋三個季節的太陽熱能用于冬季采暖；也需儲存白天的太陽能用于夜晚使用。

其次，除了解決太陽能能量儲存的問題以外，非采暖季，太陽能能量的富余問題也是需要解決的一個方面，處理不好，不僅會影響集熱系統的使用壽命，而且還存在安全隱患。

另外，太陽能采暖還需要解決輔助熱源問題。太陽能資源是不穩定的，用太陽能采暖，在太陽能不足或連續陰雨天時，必須通過輔助系統加熱采暖。因此研究開發穩定、實用的太陽能采暖技術和形式，提高太陽能采暖系統的節能效益，是太陽能采暖需要努力的方向。

相變儲能技術幫助能量儲存

溫建亮說到，其實在各項太陽能采暖技術中，相變儲能技術能夠很好地解決能量儲存這一問題，從而推動太陽能采暖行業的發展。

溫建亮介紹，相變儲能技術主要是利用相變調溫機理，通過蓄能介質的相態變化實現對熱能的儲存和釋放。當環境溫度低于一定值時，相變材料由液態凝結為固態，釋放熱量；當環境溫度高于一定值時，相變材料由固態熔化為液態，吸收熱量。利用該技術開發的相變儲能產品，可以很好的把白天的太陽能儲存供夜晚使用。該技術和太陽能熱利用產品結合將極大地解決目前太陽能采暖不能很好實現能量儲存的問題。

據極地熊儲能技術有限公司總工介紹，相變儲能技術應用到產品具有以下幾個優勢：一是儲熱密度大，溫度恒定，儲熱容器體積小，熱效率高。與傳統儲能材料——水比，儲能密度最高可達水的4倍，而空間卻減少了三分之一，同時比水的熱流失低80%；二是適應性非常廣泛，能夠針對不同的應用場所，提供不同融點的相變儲能產品，不會產生如水所導致的細菌污染，最大可用熱量可達到100兆瓦每小時；三是利用相變儲能技術的產品在合成相變材料反復相變過程中，無性能降級，無揮發，無磨損，無污染，無腐蝕，安全高效。四是結構安全可靠，模塊化設計，可根據客戶對熱量的需求配置熱儲存能量，安裝和搬運簡單；五是節省空間，施工簡單，還可以實現智能控制；六是可以和不同熱源配合使用，除了和太陽能熱利用產品結合外，還可以和熱泵、生物質能、熱泵等產品結合使用，這將極大地提升新能源的有效利用，有效應用在工業余熱的回收、移動供熱、常規供熱系統能效的改善等多個領域。七是節能效果顯著，據測算，該技術和常規鍋爐配合使用，能減少90%的鍋爐系統啟停次數，減低污染排放，為客戶節省30%以上的能源消耗。

溫建亮認為，相變儲能技術區別于其他儲能技術的基本原理就在于，在溫度不變的情況下，通過物理形態的轉變吸收和存儲巨大的能量。這一技術國外很早就應用在電力調峰、新能源、工業和建筑節能及家用電器工業上，近幾年，國內的太陽能企業引進這一技術開展太陽能的采暖研究和實驗。究其技術本身，我認為，主要是解決能量的儲存問題。

業內專家也認為，如果相變儲能技術產品成熟可行，那么將極大推動我國太陽能采暖產業的發展，為我國太陽能產業的技術進步作出重要貢獻。目前，國內也已經有部分企業涉及了相變儲能技術的研究。

相變儲能技術需改進和推廣

“相變儲能技術是效率較高的儲能技術，比傳統的水儲能高很多。但是，相變儲能技術成本比水儲能要高，這是限制相變儲能技術不能大范圍在采暖上應用的主要問題。把相變技術產品國產化、平民化，是相變技術在太陽能采暖方面應用的關鍵。”溫建亮也說到了相變儲能技術的弱處所在。

對于相變儲能技術的推廣，溫建亮認為，首先要大力宣傳，讓社會更好地認知這一產品；二是要加強技術的引進和吸收創新，降低其成本，同時提高效率。只有當相變儲能技術成本不高，性能穩定才能更加適合應用于太陽能采暖行業；三是建設相關示范項目，達到推廣相變儲能技術的目的。

發展太陽能采暖意義重大，北方地區的采暖能耗占建筑能耗的很大部分，實現太陽能采暖，對建筑節能是一大貢獻。實現太陽能采暖，能夠減少對煤炭的消耗，對環境保護也是一大貢獻。另外，實現太陽能采暖，對于我國的光熱產業而言，是一大進步，將大大擴展光熱產業的應用范圍。

溫建亮說，實現太陽能采暖是功在當代，利在千秋的事業。但是太陽能采暖的成熟和發展，絕不是一朝一夕就可以成功的，需要政府關注，企業投入，社會支持，希望太陽能企業和科研人員，能夠投入更多的財力和精力，開展多種多樣的太陽能試驗研究，為我國太陽能采暖產業的發展做出貢獻。