蓄熱技術的研究進展與應用

楊智瑜　錢煥群　朱雪華　朱義成

摘要：蓄熱技術是提高能源利用效率和環境保護的一項重要技術，可用于解決能源供應和需求之間的不匹配，在太陽能利用，電力的“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用和民用建筑和空調節能源具有廣闊的應用前景。目前，它已成為世界研究的熱點。

在化工生產和許多其他工業過程排放的廢熱是不連續的，充分利用這些不穩定的能源，需要使用蓄熱技術，熱量需要重新釋放出來。這樣可以降低企業的能源消耗，并能減少由一次能源轉變為二次能源時產生各種有害物質對環境的污染。

關鍵詞：蓄熱技術；利用效率；保護環境

中圖分類號：TK02 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-163-01

1.蓄熱方式

目前主要的蓄熱方法有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學反應蓄熱三種。顯熱蓄熱是利用物質的溫度升高來儲存熱量。這種蓄熱方式是最簡單、最成熟的，它是最廣泛使用的，可用于加熱和發電。潛熱蓄熱是利用材料在凝固/融化、凝結，氣化、凝華/升華等形式的轉化過程中，都要吸收或放出潛熱的原理。根據相變溫度，將潛熱儲熱分為低溫和高溫兩部分。低溫和潛熱儲存主要用于廢熱回收、太陽能儲存以及供暖和空調系統。可用于高溫潛熱可用于熱機、太陽能、磁流體發電和衛星等。

2.蓄熱技術的應用

蓄熱技術作為緩解人類能源危機的一個重要手段，主要有以下幾個方面的應用。

2.1太陽能熱儲存

太陽能是一種巨大的能量寶庫，具有清潔無污染，取用方便的特點，特別是在一些高山地區，如中國的甘肅、青海、西藏、太陽輻射強度大、其他能源短缺，故太陽能的利用就更為普遍。但要達到地球表面的太陽輻射，能量密度很低，而且受地理、晝夜和季節變化、天氣等隨機因素的制約，其輻射強度也在不斷變化，具有明顯的稀薄性、不連續、不穩定。為了保持加熱或電源不間斷運行，需要必要的蓄熱裝置儲存太陽能，在太陽能不足時再釋放出來。以滿足生產和生活需要，幾乎所有的太陽能設備都用于采暖、熱水供應、生產工藝等，需要儲存熱能。

2.2電力調峰及電熱余熱儲存

電力資源的短缺是人類長期面臨的問題，但電力資源的浪費是非常嚴重的，如中國葛洲壩水利樞紐工程、其高峰與低谷的發電輸出功率分別為220萬kw和80萬kw，用電低谷發不出的電能只有通過放水解決。若能把這部分能源回收。則可大大緩解能源緊張狀況。蓄熱技術仍是目前回收未并網的小水電、風力發電的一個重要手段。

在電廠中的存儲設備可以在經濟上解決高峰負荷，填平需求低谷，并以緩沖存儲方式調節機組負荷更方便。該存儲裝置可節省燃料，降低電廠的初始投資和燃料成本，提高機組運行效率和改善機組的運行條件，從而提高電廠運行效率和提高電廠的利用率，減少廢氣污染，改善環境。

2.3工業熱能儲存

目前工業熱能儲存采用的是再生式加熱爐和廢熱蓄能鍋爐等蓄能裝置，采用蓄熱技術來回收儲存堿性氧氣轉爐或電爐的煙氣余熱以及干法熄焦中的廢熱，既節約了能源。又減少了空氣污染以及冷卻、淬火過程中水的消耗量。在造紙和制漿工業中，燃燒廢木料的鍋爐適應負荷的能力較差采用蓄熱裝置后，可以提高其負荷適應能力。在食品工業的洗滌、蒸煮和殺菌等過程中，由于負荷經常發生波動，采用蓄熱裝置后就能很好地適應這種波動，紡織工業的漂白和染色工藝過程也可采用蓄熱裝置來滿足負荷波動。

2.4在太空中的應用

蓄熱能在太空的利用主要有兩種方式：一種是目前廣泛使用的光電直接轉換系統，利用太陽能電池和化學電池提供穩定的電能：另一種是空間太陽能熱發電技術。將太陽能轉換為熱能，再利用熱力循環轉換成電能，光電直接轉換系統具有技術相對成熟，相對簡單，可靠性好，但它最大的缺點是提供的功率不很高（7%-10%），而且壽命不長，如果航天器壽命較長，太陽能電池板和化學電池需要更換多次，大大增加了維修成本，所以只適合于功率較小、壽命不太長的衛星。然而，隨著人類太空探索的加速，有必要提出對更高的功率和更長的壽命空間電力系統的需求，并且在生命周期中維護成本低。這樣就提出了新的太陽能熱動力發電技術，來滿足這些要求。

3.蓄熱技術的近期發展及未來展望

隨著人類對節約能源、開發新能源和環境保護的重視，蓄熱技術受到世界各國越來越多的重視。并不斷取得進展。

（1）利用濃度差蓄熱的吸收式熱泵又稱化學熱泵。作為蓄熱和低品位廢熱利用有效的技術設備受到人們的關注，許多公司競相開發。

（2）低溫儲熱技術尤其是0℃時的潛熱蓄熱（儲存冰）是一種非常有效的蓄熱方法。利用晝間放熱、夜間儲冰的0℃低溫潛熱蓄熱（儲存冰）技術已成為當前空調行業的研究開發熱點，并成為重要的節能手段。

（3）高溫蓄熱方面，在80年代中期，美國自由空間站的實施，極大地促進了高溫相變潛熱蓄熱技術的發展。人類空間探索的規模不斷擴大，活動增加，必然會促進高溫相變儲熱技術的發展和成熟。

（4）隨著納米技術的發展，納米技術和復合相變儲熱材料的制備，高效納米復合材料蓄能相變材料對提高我國能源利用效率、保護環境具有十分重要的現實意義。

4.結束語

總之，隨著人類社會對環保，節能，減少污染的要求越來越高，對蓄熱技術的需求將越來越強，必然促進蓄熱技術的持續快速發展。