儲(chǔ)熱技術(shù)研究進(jìn)展與展望

碳中和已成為了全球應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要策略。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)報(bào)告

，要實(shí)現(xiàn)全球氣候變化不超過1.5 ℃的目標(biāo)，需在2050 年前后達(dá)到碳中和。目前，全球已有超過120個(gè)國家對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和做出承諾

，如圖1 所示。此外，許多國家已經(jīng)通過法案對(duì)碳中和的目標(biāo)進(jìn)行了明確，并制定了碳市場、碳技術(shù)、碳財(cái)稅及補(bǔ)貼等控制手段，如歐盟、德國、法國、英國、瑞典和日本等。此外，許多國家對(duì)碳中和的目標(biāo)已經(jīng)處于擬定法律和政策性文件的階段，如中國、美國、韓國、意大利等。值得注意的是，蘇里南和不丹已分別于2014年和2018年實(shí)現(xiàn)了碳中和，處于全球領(lǐng)先。

隨著21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)達(dá)成共識(shí)，世界的能源格局也開始加速向清潔化、低碳化、高效化推進(jìn)。其中，國際能源署IRENA 對(duì)“2050 年能源轉(zhuǎn)型情景”進(jìn)行了預(yù)測

，提出了實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重大挑戰(zhàn)包括：①全球經(jīng)濟(jì)的能源強(qiáng)度需降低約2/3；②2050 年能源相關(guān)排放需要減少70%；③2050 年可再生能源發(fā)電所占比例需要從目前的26%提高至86%。為實(shí)現(xiàn)可再生能源的廣泛利用，解決可再生能源的瞬時(shí)性及不穩(wěn)定的問題，以及能源供應(yīng)和需求不匹配的問題，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。近20 年來，各種儲(chǔ)能技術(shù)的研究熱度也持續(xù)上漲(圖2)，且大量的儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)形成了專利。按照能量的存儲(chǔ)方式，儲(chǔ)能技術(shù)可分為化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能。從2020年發(fā)表的論文和專利數(shù)量來看，電池儲(chǔ)能技術(shù)、儲(chǔ)熱技術(shù)和氫能存儲(chǔ)占有重要份額，如圖2所示。同時(shí)，隨著儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，諸多儲(chǔ)能技術(shù)不斷突破，其中大量技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較大規(guī)模的示范應(yīng)用，例如儲(chǔ)熱技術(shù)、氫儲(chǔ)能技術(shù)、壓縮空氣儲(chǔ)能等。

儲(chǔ)熱技術(shù)不僅從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，同時(shí)具有能量密度高、壽命長、利用方式多樣、綜合熱利用效率高的優(yōu)點(diǎn)。此外，儲(chǔ)熱技術(shù)的重要性還體現(xiàn)在：①全球的用戶終端需求中熱能和冷能約占總能耗的一半

；②全球能源預(yù)算中90%的能源也是圍繞熱能的轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲(chǔ)進(jìn)行的

；③受到熱力學(xué)定律的約束，熱能是重要的中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物，存在大量的熱能可以被利用

。此外，我國作為重要的工業(yè)大國，工業(yè)過程的綜合效率較低，特別是在鋼鐵、有色、化工、建材等行業(yè)，仍有大量余熱資源具有回收價(jià)值。因此，本文針對(duì)近年來儲(chǔ)熱技術(shù)的研究進(jìn)展，分別從材料、裝置、系統(tǒng)和儲(chǔ)能政策等角度，對(duì)儲(chǔ)熱技術(shù)的重要研究方向和成果進(jìn)行了回顧和展望。

1 儲(chǔ)熱材料的研究進(jìn)展

1.1 儲(chǔ)熱材料的配方研究

1.1.1 顯熱儲(chǔ)熱

顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)成熟、操作簡單，仍是目前應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)熱方式之一。顯熱儲(chǔ)熱按照材料的物態(tài)可分為固態(tài)和液態(tài)。常見的固態(tài)相變材料包含混凝土、鎂磚、鵝卵石等。常見的液態(tài)顯熱材料包括水、導(dǎo)熱油、液態(tài)金屬和熔融鹽等。其中水是低溫應(yīng)用領(lǐng)域中(<120 ℃)最常使用的顯熱材料。導(dǎo)熱油、液態(tài)金屬、熔鹽等物質(zhì)常常應(yīng)用于中高溫領(lǐng)域(>120 ℃)

。太陽能光熱發(fā)電(CSP)系統(tǒng)中最早使用的高溫液態(tài)顯熱儲(chǔ)熱材料以導(dǎo)熱油為主，包括Caloria

和Therminol VP-1

。1982—1986 年，美國能源部(DOE)率先在加利福尼亞州建成了首個(gè)CSP電站(Solar One)，并采用了Caloria

導(dǎo)熱油作為顯熱材料；1983—1991年魯茲(LUZ)公司所建的9座槽式拋物面CSP系統(tǒng)(SEGS I～I(xiàn)X)中，SEGS I也采用了Caloria

導(dǎo)熱油。Therminol VP-1

相比于Caloria

導(dǎo)熱油具有更寬的溫度操作范圍，因此在后期的SEGS II～I(xiàn)X電站中得到了廣泛應(yīng)用。隨著太陽能光熱技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)熱油難以滿足更高的運(yùn)行溫度，這限制了郎肯(Rankine)循環(huán)發(fā)電效率，因此逐漸被熔融鹽所取代

。

熔鹽體系尤其是多元混合熔鹽，價(jià)格適中，且高溫時(shí)蒸氣壓較小。在CSP 應(yīng)用中較為成熟的熔融鹽體系包括Solar salt和Hitec等。其中Solar salt是一種二元共晶硝酸鹽(60% NaNO

-40% KNO

，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，其熔點(diǎn)約為221 ℃，高溫?zé)岱€(wěn)定性可到565 ℃，曾被應(yīng)用在10 MW的Solar Two電站以及西班牙電站中。Hitec 是一種三元共晶硝酸熔鹽(53% KNO

-7% NaNO

-40% NaNO

，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，熔點(diǎn)約為142 ℃，在454 ℃下具有較好的熱穩(wěn)定性

。隨 后 的Hitec XL 熔 鹽[48% Ca(NO

)

-7%NaNO

-45% KNO

，質(zhì)量分?jǐn)?shù)]也經(jīng)過了西班牙Plataforma Solar de Almeria (PSA) 以及法國Themis中心的測試評(píng)估

。近年來，熔融鹽的工作溫度邁向了更高，以三元氯化鹽MgCl

-NaCl-KCl(60%-20%-20%，摩爾分?jǐn)?shù))為代表的高溫氯化鹽也成為了新的研究趨勢

。與此同時(shí)，開發(fā)低熔點(diǎn)、腐蝕性低、穩(wěn)定性好、使用溫度區(qū)間大、價(jià)格低廉的熔鹽體系仍是優(yōu)化太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的重要途徑

。

我國在心理層面上對(duì)個(gè)體文化適應(yīng)的研究較少，更勿論聚焦在民族傳統(tǒng)村落村民身上。鑒于黔東南侗族傳統(tǒng)村落獨(dú)特的歷史、文化及可用于評(píng)估其文化適應(yīng)工具的有限性，本文將用SL-ASIA量表來檢驗(yàn)侗族村民的文化適應(yīng)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)，以此推進(jìn)對(duì)特定地域、特定族群文化適應(yīng)的了解。

1.1.2 相變儲(chǔ)熱

相變儲(chǔ)熱具有能量密度高、相變過程溫度近似恒定的優(yōu)點(diǎn)

。目前，最常見的是固-液相變材料

。根據(jù)相變材料的化學(xué)性質(zhì)，可分為無機(jī)、有機(jī)及復(fù)合相變材料。無機(jī)相變材料包括熔融鹽、水合鹽、金屬合金等。其中，水合鹽比較適用于中低溫儲(chǔ)能，但相變時(shí)易出現(xiàn)過冷和相分離問題。金屬合金比較適合中高溫儲(chǔ)能，但價(jià)格昂貴。熔融鹽的價(jià)格經(jīng)濟(jì)，且具較大的儲(chǔ)能密度。圖3列舉了單一熔鹽的相變溫度和相變潛熱

，可以看到單一熔融鹽覆蓋了廣泛的溫度區(qū)間和儲(chǔ)熱密度。然而，多數(shù)無機(jī)類相變材料都具有一定腐蝕性

，詳細(xì)內(nèi)容將在1.4 節(jié)中介紹。有機(jī)相變材料包括石蠟、脂肪酸、多元醇以及聚烯烴、聚多元醇等，其特點(diǎn)是無明顯相分離及過冷現(xiàn)象(有機(jī)糖醇類除外)、腐蝕性小，但同時(shí)具有體積儲(chǔ)熱密度較小、熱導(dǎo)率低、易燃燒等問題

。

為了克服單一材料性能的不足，同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行封裝，可通過制備復(fù)合相變材料使材料的整體性能滿足應(yīng)用的需求。其配制方法包括凝膠或增稠、物理共混法，多孔吸附法和微囊封裝技術(shù)等

。復(fù)合相變材料可主要分3 類，增稠(凝膠)型、膠囊型和定型復(fù)合相變材料

，如圖4所示。

（1）增稠型相變材料

增稠型定型復(fù)合相變材料是有效改善相變材料穩(wěn)定性及過冷度的方法之一，常應(yīng)用于水合鹽

及一些低溫有機(jī)材料

等。增稠劑可分為非締合型/締合型增稠。非締合型增稠機(jī)制是通過大分子量(幾十萬到幾百萬)聚合物進(jìn)行物理纏結(jié)，從而提高材料黏度并防止泄漏。溶液通常具有假塑性流變特性

。締合型增稠同時(shí)含有親水/疏水基團(tuán)，其分子量相對(duì)較低。締合型增稠劑的疏水官能團(tuán)與氫鍵可以形成膠束相互作用，并構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

。締合反應(yīng)越強(qiáng)，其增稠效果越好。

Efimova 等

測試了SiO

、黃原膠、甲基纖維素3 種增稠劑對(duì)三元相變材料Zn(NO

)

·6H

O-Mn(NO

)

·4H

O-KNO

的增稠作用。結(jié)果表明SiO

在循環(huán)數(shù)次后分層，甲基纖維素可有效提升體系黏度，但循環(huán)后也出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，黃原膠在480次循環(huán)后保持穩(wěn)定且降低了過冷度。劉欣

測試了12 種不同增稠劑體系對(duì)十水硫酸鈉的增稠效果。其中，聚丙烯酰胺系和活性白土系可使材料濃稠均勻且循環(huán)后不分層；CMC 系和可溶性淀粉系樣品放置較穩(wěn)定，循環(huán)后輕微分層。Saeed等

使用2-HPEC增稠劑添加于甲酯-月桂酸-石墨烯復(fù)合相變材料中，結(jié)果表明2-HPEC使得復(fù)合體系保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且克服了材料泄漏的問題。

（2）膠囊型相變材料

膠囊型相變材料可以克服相變材料在應(yīng)用中的泄漏、腐蝕和體積變化的問題，目前在紡織、建筑以及醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用

。此外，膠囊型相變材料具有較大的比表面積，利于提高相變膠囊的儲(chǔ)放熱速率。Sar? 等

使用聚苯乙烯作為膠囊外殼對(duì)石蠟類相變材料進(jìn)行了封裝，得到的相變膠囊熔點(diǎn)為25.96 ℃、潛熱為156.39 J/g，并且封裝后其熱穩(wěn)定性比純相變材料提高了10 ℃。Fukahori等

使用陶瓷容器對(duì)金屬相變材料進(jìn)行了封裝，該復(fù)合膠囊可以耐受相變材料的體積膨脹應(yīng)力，并表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐腐蝕性和循環(huán)性能。由于制備工藝的復(fù)雜性，目前適用于高溫相變微膠囊封裝的技術(shù)比較有限。因此，更多研究是針對(duì)于低溫相變材料的微膠囊封裝

。

隨著對(duì)儲(chǔ)熱材料研究的不斷發(fā)展和深入，除了了解材料的宏觀物性表現(xiàn)，從材料微觀分子角度進(jìn)行機(jī)理研究對(duì)從根本上理解材料的特性以及輔助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有重要的意義。分子動(dòng)力學(xué)研究是一種常見的從分子尺度進(jìn)行計(jì)算模擬的研究方法，可用于對(duì)一些實(shí)驗(yàn)觀測現(xiàn)象進(jìn)行微觀解釋。近年來，分子動(dòng)力學(xué)研究被應(yīng)用于對(duì)儲(chǔ)熱材料傳熱特性的微觀分析中。Rao 等

利用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了相變納米膠囊的儲(chǔ)熱過程，以及納米顆粒對(duì)于相變材料傳熱性能的增強(qiáng)作用。Zhang等

研究了聚乙烯中長鏈結(jié)構(gòu)對(duì)其傳熱性能的影響，并提出了理論模型。Lee 等

研究了納米顆粒在流體中的團(tuán)聚現(xiàn)象以及傳熱增強(qiáng)作用，并提出溫度和納米顆粒尺寸對(duì)流體性能影響的新理論模型。Zhang等

研究了石蠟/乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)/石墨烯復(fù)合材料的熱物理性能，研究發(fā)現(xiàn)石墨烯對(duì)于體系的傳熱能力具有顯著增強(qiáng)效果，但EVA與石墨烯之間的復(fù)雜相互作用可能影響相變材料中原子的振動(dòng)。因此，當(dāng)石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.7%后，體系的熱導(dǎo)率會(huì)出現(xiàn)下降趨勢。

定型復(fù)合相變材料是將相變材料、骨架材料和添加劑按照一定比例結(jié)合，采用壓制、燒結(jié)的方法制成的一種在相變過程中可保持宏觀形貌不發(fā)生變化的定型相變材料，并且由于相變材料不直接與容器發(fā)生接觸，故可以緩解相變材料對(duì)金屬的腐蝕性問題。

強(qiáng)化管理，提高水務(wù)服務(wù)保障能力。一是抓好防汛抗旱工作，加緊構(gòu)建以堤防為基礎(chǔ)、水庫為控制、工程措施與非工程措施相結(jié)合的綜合防洪減災(zāi)體系；完成35項(xiàng)防汛應(yīng)急工程，完成13座小型病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程。二是依法加強(qiáng)水務(wù)管理工作，完成《大連市節(jié)約用水條例（草案）》的各項(xiàng)審議工作，啟動(dòng)修改《大連市水資源管理?xiàng)l例》《大連市水土保持辦法》工作；推進(jìn)依法管水、依法治水環(huán)境的不斷改善。三是深入推進(jìn)水務(wù)體制機(jī)制改革。深化水務(wù)一體化改革，適時(shí)穩(wěn)妥推進(jìn)水價(jià)改革，抓好基層水利服務(wù)體系建設(shè)。

定型復(fù)合材料中的骨架材料一般比表面積較大、化學(xué)性質(zhì)和熱物性穩(wěn)定，常用于中高溫相變材料的復(fù)合。Leng等

采用硅藻土和氯化鹽制備了一種定型相變材料，其中相變材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)了70%，相變潛熱達(dá)179.3 J/g。此定型復(fù)合材料在相變過程中可保持宏觀形貌不變，并且可以有效限制氯化鹽的腐蝕性。Li 等

對(duì)Li

CO

-Na

CO

/MgO復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，通過探究材料結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)熱裝置的傳熱性能之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)良好的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可有效提升儲(chǔ)熱裝置的傳熱性能。

1.1.3 熱化學(xué)

熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料(TCMs)的儲(chǔ)能密度通常為0.5～3 GJ/m

，是顯熱材料的8～10 倍左右，是潛熱材料的2 倍以上

，并且長期儲(chǔ)存熱損失小，因此被認(rèn)為是未來最有前景的儲(chǔ)熱方式之一。熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料按溫度區(qū)間可分為低溫和中高溫?zé)峄瘜W(xué)材料。其中，低溫?zé)峄瘜W(xué)材料以水合鹽為主，多適用于建筑領(lǐng)域

。中高溫?zé)峄瘜W(xué)材料可分為金屬氫氧化物體系、氨分解體系和碳酸鹽體系等，這些體系因反應(yīng)條件苛刻、反應(yīng)物成本高、毒性高、催化劑易失活、儲(chǔ)存安全性低、循環(huán)壽命短等問題尚處于基礎(chǔ)研究階段。然而，此類熱化學(xué)材料仍被視為有潛力的下一代CSP系統(tǒng)儲(chǔ)能介質(zhì)

。

水合鹽基熱化學(xué)材料已有大量的研究

。N'Tsoukpoe等

對(duì)125種水合鹽熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行篩選，認(rèn)為SrBr

·6H

O、LaCl

·7H

O、MgSO

·6H

O是最有潛力的3種水合鹽類熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料，如圖5所示。然而，大部分的水合鹽因性能不足而無法單一使用。如，CaCl

水合鹽和LiCl 水合鹽極易潮解

；MgCl

·6H

O在脫水-水合過程中易發(fā)生團(tuán)聚等。

為提高熱化學(xué)材料的應(yīng)用性，改善團(tuán)聚和膨脹問題，提高水蒸氣的擴(kuò)散速率，研究人員通過將水合鹽與載體材料結(jié)合制備復(fù)合熱化學(xué)材料

。所使用的載體材料可分為惰性載體材料(如膨脹石墨、活性碳等)以及活性載體材料[如沸石、硅膠、金屬有機(jī)骨架(MOF)等]。前者通過提供立體的多孔結(jié)構(gòu)提高傳熱傳質(zhì)，此類載體在儲(chǔ)熱過程中不參與反應(yīng)。活性載體材料則在具備類似屬性的同時(shí)，能通過吸附等方式參與能量的存儲(chǔ)，但其對(duì)能量存儲(chǔ)的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)低于熱化學(xué)反應(yīng)。表1為常見的載體材料的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。

焓法相比顯比熱容法具有方法簡單、靈活方便、容易擴(kuò)展到多維情況等優(yōu)點(diǎn)，能夠求解具有復(fù)雜邊界條件以及非單調(diào)、多個(gè)界面的相變問題，已經(jīng)成為目前求解相變界面問題的一種有效手段。

1.2 儲(chǔ)熱材料的模擬研究

（3）定型復(fù)合相變材料

等效比熱容法又叫顯比熱容法，其把物質(zhì)的相變潛熱看作是在一個(gè)很小溫度范圍內(nèi)有一個(gè)很大的顯比熱容，從而把分區(qū)描述的相變問題轉(zhuǎn)變?yōu)閱我粎^(qū)域上的非線性導(dǎo)熱問題，達(dá)到整體求解的目的。在相變界面隨時(shí)間移動(dòng)的過程中，大量的潛熱熱能會(huì)隨著材料在固相和液相之間轉(zhuǎn)換時(shí)被吸收或釋放，材料自身的比熱容也隨著相態(tài)變化而改變。在以溫度為待求參數(shù)的過程中，為使問題合理簡化，常做出以下假定：①相變材料的物性參數(shù)均為常數(shù)，即材料在固相和液相兩種狀態(tài)下參數(shù)值的變化可以忽略不計(jì)；②相變過程中材料在液相狀態(tài)下的自然對(duì)流傳熱的影響可以忽略不計(jì)；③純相變材料的熱物性為各向同性；④相變材料區(qū)域內(nèi)無其他熱能產(chǎn)生或沒有熱量交匯。

熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)熱過程與熱化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力密切相關(guān)。一些研究人員利用模擬研究的方法，從分子(原子)的微觀角度對(duì)熱化學(xué)材料的反應(yīng)過程進(jìn)行了理論分析。Carrasco等

通過第一性原理和分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算對(duì)CaO、MgO 及BaO 氧化物表面與水分子的結(jié)合機(jī)制進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)CaO 與BaO 的表面和水分子的結(jié)合不同于MgO。水分子在MgO 表面的結(jié)合不改變其結(jié)構(gòu)特性，并且是在常溫下不發(fā)生的吸熱過程。相反，CaO 與BaO 具有強(qiáng)堿性，其水解過程是在常溫下可發(fā)生的放熱反應(yīng)。閆君

采用密度泛函理論(DFT)以及第一性原理，對(duì)Li 原子摻雜CaO/Ca(OH)

儲(chǔ)熱體系后的微觀反應(yīng)過程進(jìn)行了模擬分析。研究發(fā)現(xiàn)Li摻雜后可將能量勢壘由0.40 eV降低到0.11 eV，從而使OH

鍵更容易斷裂，促進(jìn)了Ca(OH)

的熱分解反應(yīng)。Xu等

利用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)CaO/Ca(OH)

儲(chǔ)熱體系中的分子團(tuán)聚過程進(jìn)行了理論分析。通過模擬研究發(fā)現(xiàn)，Ca(OH)

分子具有更大的空間置換性，因此相比CaO 分子更容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。團(tuán)聚后的Ca(OH)

塊體的熱分解速率顯著降低，從而導(dǎo)致了CaO/Ca(OH)

體系的循環(huán)穩(wěn)定性下降。另外，摻雜SiO

顆粒可以防止團(tuán)聚過程的發(fā)生。Rindt 和Gaastra-Nedea

對(duì)熱化學(xué)吸水/脫水反應(yīng)過程的微觀分析方法進(jìn)行了綜述，包含密度泛函理論、分子動(dòng)力學(xué)以及蒙特-卡羅方法。作者認(rèn)為，目前的微觀分析方法受到時(shí)間步長和尺度的限制而難以對(duì)顆粒級(jí)以上的熱化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行模擬，未來將量子化學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)以及蒙特-卡羅統(tǒng)計(jì)法創(chuàng)新地結(jié)合在一起可能是一種有潛力的分析方法。

1.3 儲(chǔ)熱材料制備技術(shù)的研究進(jìn)展

除了復(fù)合儲(chǔ)熱材料的配方研究，先進(jìn)的復(fù)合儲(chǔ)熱材料(主要指相變儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料)制備技術(shù)也是儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用的必要條件。盡管目前市場上有部分公司在出售一些相變材料產(chǎn)品，例 如，Rubitherm GmbH

、TEAP Energy

、PCM Products

，以及BASF和Microtek生產(chǎn)的相變微膠囊等，這些公司出售的相變材料產(chǎn)品主要為中低溫(<164 ℃)的相變材料

或封裝的相變材料產(chǎn)品，主要的應(yīng)用方向?yàn)榻ㄖ?jié)能。國內(nèi)江蘇金合能源公司聚焦于復(fù)合相變儲(chǔ)熱/冷材料的研發(fā)和應(yīng)用，率先實(shí)現(xiàn)了中高溫定型相變材料的工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)模示范。

基于以上對(duì)各類儲(chǔ)熱材料的介紹，這里主要對(duì)相變儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備技術(shù)進(jìn)展做簡要概述，尤其是復(fù)合型儲(chǔ)熱材料。根據(jù)制備方法的不同，制備技術(shù)主要可分為微膠囊包裹法、浸漬吸附法、直接混合燒結(jié)/澆鑄法、擠出成型法，這幾種制備方法的特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀如圖8所示。其中，復(fù)合相變微膠囊的制備發(fā)展較早，目前已有一些較成熟的制備方法，但是產(chǎn)量不高，其價(jià)格也比較昂貴

。采用直接混合燒結(jié)法制備定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的操作簡單、成本經(jīng)濟(jì)，并已完成大規(guī)模的示范研究，如在青海等地儲(chǔ)熱技術(shù)示范地單體蓄熱功率達(dá)到了10 MW

。復(fù)合熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備相比于復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的發(fā)展較晚。目前較多使用的是直接混合法和浸漬吸附法，膠囊包覆法和擠出法的研究相對(duì)較少，此外也尚未有相關(guān)的產(chǎn)品面向市場出售。

規(guī)模化制備中，以直接混合燒結(jié)法制備定型復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料為例，其主要流程如圖9所示。基于以上工藝流程，可建立全自動(dòng)化的儲(chǔ)熱材料規(guī)模化生產(chǎn)線，如圖10(a)所示。此生產(chǎn)線可以年產(chǎn)近萬噸的復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，產(chǎn)品實(shí)物如圖10(b)所示。由于規(guī)模化生產(chǎn)下的原材料純度、壓制尺寸、成型壓力和燒結(jié)條件等均與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的樣品有一定的差異，因此需要對(duì)規(guī)模化產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而對(duì)規(guī)模化工藝流程的合理性進(jìn)行評(píng)估。表3為試制的相變溫度為500 ℃的復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的實(shí)驗(yàn)室樣品和規(guī)模化樣品間的主要性能對(duì)比情況，可以看出規(guī)模制備的樣品的各項(xiàng)參數(shù)有所偏差，但差別較小。此外，規(guī)模化產(chǎn)品的合格率、樣品的均一性、表面完整性等都是衡量規(guī)模生產(chǎn)工藝合理性的重要指標(biāo)。

1.4 儲(chǔ)熱材料的應(yīng)用腐蝕問題

我國每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%～4%。對(duì)于大型儲(chǔ)熱應(yīng)用，容器和管道與儲(chǔ)熱介質(zhì)的腐蝕問題是決定系統(tǒng)壽命、經(jīng)濟(jì)成本和運(yùn)行安全的關(guān)鍵因素。表4列舉了不同的腐蝕速率所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用建議，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)所選的金屬對(duì)其使用壽命進(jìn)行預(yù)測。

儲(chǔ)熱材料根據(jù)性質(zhì)和狀態(tài)的不同、使用環(huán)境的差異，腐蝕情況也各不相同。本文按照應(yīng)用溫度的不同，分別對(duì)低溫和高溫儲(chǔ)熱材料的腐蝕情況進(jìn)行了介紹。低溫儲(chǔ)熱材料中，一般認(rèn)為水合鹽類相變材料具有較強(qiáng)的腐蝕性

。這主要是由于水合鹽相變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)具有很高的離子濃度，導(dǎo)電性良好，因而促進(jìn)了電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。Moreno 等

針對(duì)應(yīng)用于熱泵的儲(chǔ)熱冷系統(tǒng)而選擇了相變溫度區(qū)間在10～15 ℃和45.5～48.5 ℃的11 種相變材料，其中包括4 種商業(yè)的無機(jī)鹽相變材料(PCM Products公司的S46 和S10、Climator 公司的C48 和C10)，通過對(duì)相變材料與不同金屬的相容性進(jìn)行分析，對(duì)金屬壁材的選擇提出了建議，結(jié)果見表5。可以看出，不銹鋼316幾乎對(duì)所有水合鹽具有比較好的耐腐蝕性。碳鋼表現(xiàn)一般，僅對(duì)C48 和K

PO

·7H

O有較好的抗腐蝕性。此外，金屬鋁和銅也僅與少數(shù)無機(jī)鹽具有良好的相容性。

10月17日，興業(yè)縣民政園一期項(xiàng)目建成投入使用，將有效解決該縣“三無”人員、農(nóng)村五保戶、流浪乞討人員、孤殘老人兒童、空巢老人等弱勢群體集中供養(yǎng)和托老養(yǎng)老問題，提升民政公共服務(wù)能力。

板式儲(chǔ)換熱裝置相比較其他類型結(jié)構(gòu)具有傳熱系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊和熱損失小等優(yōu)點(diǎn)，但也存在密封性差和易堵塞、不易清洗等問題

。為強(qiáng)化其傳換熱效率，不同結(jié)構(gòu)形狀的板片被研究和考察。見表6，常用的有人字行板、水平平直波紋板和鋸齒形板等

。以波紋傳熱板片儲(chǔ)熱裝置來說，其傳熱流道中布滿網(wǎng)狀觸點(diǎn)，傳熱流體沿著板間狹窄彎曲、猶如迷宮式的通道流動(dòng)，其速度大小和方向不斷改變，形成強(qiáng)烈的湍流，從而破壞了邊界層，有效強(qiáng)化了傳熱。

在光熱發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用中，不銹鋼和碳鋼是最常用于盛裝和輸送高溫熔融鹽的金屬材料。碳鋼因成本較低，故常用來搭建溫度較低、腐蝕問題較輕微的設(shè)施，如低溫熔鹽罐。而不銹鋼則可用于高溫場合，例如吸熱器、高溫罐等。Palacios等

分別研究了碳鋼(AISI 1045)、不銹鋼(304L、316L)和鎳合金(Inconel 600)與二元硝酸鹽(NaNO

-KNO

)在500 ℃下的靜態(tài)腐蝕行為，見圖11。經(jīng)過2160 h的腐蝕研究，認(rèn)為這幾種金屬的抗腐蝕性依次為：鎳合金Inconel 600(0.29μm/a)>304L(0.67μm/a)>316L (6.58 μm/a)>AISI 1045 (69.81 μm/a)。此外，此作者結(jié)合各種金屬的腐蝕損失速率與材料自身成本進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，認(rèn)為從長期來看，不銹鋼304L和316具有更佳的經(jīng)濟(jì)性。一些研究人員為了模仿實(shí)際應(yīng)用中熔融鹽流動(dòng)過程的腐蝕問題，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的腐蝕試驗(yàn)。García-Martín 等

設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)腐蝕研究裝置，并申請(qǐng)了專利(專利號(hào)ES2534850B2)。為模擬CSP光熱發(fā)電系統(tǒng)彎管和閥門的流動(dòng)情景(0.2～0.5 m/s)，研究者們使NaNO

-KNO

二元鹽平行地以0.2 m/s 的流速經(jīng)過金屬A516的表面。對(duì)比靜態(tài)試驗(yàn)的腐蝕結(jié)果發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)腐蝕的腐蝕速率提高了約50%。可見，實(shí)際應(yīng)用中的腐蝕問題應(yīng)當(dāng)更加小心謹(jǐn)慎。

（2）焓法模型

2 儲(chǔ)熱裝置的擬和傳熱強(qiáng)化

2.1 相變傳熱過程和數(shù)值求解方法

通過分析研究裝置內(nèi)相變材料的相變過程可以得出裝置內(nèi)的溫度分布，了解物性與邊界條件對(duì)儲(chǔ)放熱過程的影響，掌握兩相界面運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，從而幫助設(shè)計(jì)儲(chǔ)熱裝置，如所需的儲(chǔ)熱介質(zhì)的總量，相變過程的時(shí)間等參數(shù)

。相變儲(chǔ)熱裝置內(nèi)的傳熱過程通常包括以下幾個(gè)方面：①固液兩相界面的移動(dòng)、潛熱釋放、非線性；②伴隨著密度變化產(chǎn)生的空穴的形狀、發(fā)展和位置；③固相和液相的熱傳導(dǎo)；④液態(tài)相變材料的流動(dòng)(自然對(duì)流、Marangoni對(duì)流、相變流動(dòng))；⑤液態(tài)相變材料內(nèi)的熱傳導(dǎo)和對(duì)流換熱；⑥穿過空穴的輻射和蒸發(fā)與凝結(jié)熱交換等。對(duì)解析這類復(fù)雜情況和多維的相變問題，數(shù)值解法是唯一可行的手段。

相變傳熱問題的數(shù)值解法可以分為兩大類：一類是界面跟蹤法或強(qiáng)數(shù)值解法，包括固定步長法、變空間步長法、變時(shí)間步長法、自變量變換法、貼體坐標(biāo)法和等溫面移動(dòng)法等。另一類是固定網(wǎng)格法或弱數(shù)值解法，不需要跟蹤固液兩相界面的位置，把包含不同相態(tài)的求解區(qū)域作為整體求解，包括有等效比熱容法和焓法

。第1類方法多用于應(yīng)對(duì)一維層面上的相變傳熱問題，而處理較為復(fù)雜的多維界面移動(dòng)時(shí)則多選用第2類方法。以下對(duì)整體求解相變傳熱問題的等效比熱容法和焓法進(jìn)行展開介紹。

（1）等效比熱容法(顯比熱容法)

此外，在熔融鹽中添加納米顆粒的比熱增強(qiáng)效果在諸多實(shí)驗(yàn)中都有報(bào)道

，其增強(qiáng)機(jī)制也有很多推測，然而尚未形成統(tǒng)一的理論解釋

。為此，研究人員通過分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)這一現(xiàn)象的理論機(jī)制進(jìn)行了探究。Qiao等

用試驗(yàn)與分子動(dòng)力學(xué)相結(jié)合的方法對(duì)混合氧化硅納米顆粒的硝酸鹽比比熱容提高的現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并觀察到納米顆粒表面庫侖力對(duì)陽離子的吸引作用引起納米顆粒周圍的鹽離子的重新排布和分層現(xiàn)象，如圖7 所示。作者首次以此為依據(jù)對(duì)該現(xiàn)象展開了機(jī)理探討，并基于已有的理論基礎(chǔ)提出了新的理論解釋。Anagnostopoulos 等

在混合熔融鹽(solar salt)中觀察到了類似的現(xiàn)象，對(duì)該理論進(jìn)一步進(jìn)行了補(bǔ)充和解釋。Rizvi等

在分子動(dòng)力學(xué)研究中觀察到了納米顆粒表面鹽離子的分層現(xiàn)象并提出納米顆粒對(duì)于熔融鹽中具有較高zeta電位的離子具有較強(qiáng)的吸引能力，從而導(dǎo)致了體系的分層現(xiàn)象。此微觀分層現(xiàn)象影響了熔融鹽結(jié)晶時(shí)的形態(tài)，并增強(qiáng)了熔融鹽的比熱容。

等效比熱容法的缺點(diǎn)是當(dāng)相變溫度很窄時(shí)，如果時(shí)間步長稍大，計(jì)算過程就會(huì)越過相變區(qū)，導(dǎo)致忽略了相變潛熱，造成計(jì)算結(jié)果失真。而對(duì)于在單一溫度下發(fā)生的相變過程，其缺點(diǎn)就更加突出。

氯化鹽的使用溫度比硝酸鹽的更高，其腐蝕性也更強(qiáng)。隨著下一代CSP 光熱發(fā)電系統(tǒng)中需要運(yùn)行溫度更高的氯化鹽作為傳熱介質(zhì)，選擇適合的金屬來應(yīng)對(duì)強(qiáng)腐蝕性的氯鹽也成為了一個(gè)技術(shù)瓶頸。由此，適用的腐蝕防護(hù)技術(shù)也成為了研究熱點(diǎn)。腐蝕的防護(hù)的方法一般可以包含以下幾種：①陽極犧牲法，如使用鋅和鎘來減少無機(jī)鹽對(duì)金屬銅和鋁的腐蝕

。②添加腐蝕延緩劑，例如Ding 等

發(fā)現(xiàn)在三元氯化鹽MgCl

-NaCl-KCl (60%-20%-20%，摩爾分?jǐn)?shù))中添加金屬M(fèi)g單質(zhì)可有效抑制腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。③使用防腐涂料以防止對(duì)金屬基體的侵害，如在金屬表面鍍石墨、陶瓷、金屬等。Grosu等

發(fā)現(xiàn)對(duì)金屬表面進(jìn)行噴碳處理，可以有效降低硝酸鹽和碳酸鹽對(duì)碳鋼的腐蝕(圖12)。Encinas-Sánchez 等

發(fā)現(xiàn)經(jīng)過鍍ZrO

-Y

O

處理的P91 鋼可以達(dá)到304 不銹鋼的抗腐蝕性。Sidhu 等

采用了一種高速氧燃料熱鍍的方法在Ni-Fe 合金上鍍250～300 μm 的NiCrBSi 防腐涂層，可有效耐受900 ℃Na

SO

-60% V

O

的侵蝕。④材料預(yù)處理，例如提前烘干熔融鹽，或?qū)饘俦砻孢M(jìn)行拋光。Groll 等

和Grosu 等

均發(fā)現(xiàn)熔融鹽中的少量水分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%)會(huì)明顯加劇腐蝕程度，其影響超過熔融鹽中雜質(zhì)的影響。此外，Grosu等

發(fā)現(xiàn)對(duì)金屬表面進(jìn)行拋光處理可以去除局部氧化的表面，而避免一些腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。

焓法是將熱焓和溫度一起作為待求函數(shù)，在整個(gè)區(qū)域建立一個(gè)統(tǒng)一的能量方程，利用數(shù)值方法求出焓分布，然后確定兩相界面。因此不需要跟蹤界面，將固液分開處理，所以也就更適合多維的情況，數(shù)學(xué)上已證明焓法模型的基本方程和描述相變問題的常用方程是等價(jià)的。

在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立中，采用拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程以及牛頓力學(xué)定律.由于兩輪自平衡底盤本質(zhì)是不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，因此建模必須考慮線性化問題.

焓函數(shù)定義為顯熱比熱容和相變潛熱之和，是溫度的函數(shù)，可表示為：

傳統(tǒng)文化中隱藏著中華精神和靈魂。隨著國學(xué)的普及和發(fā)展，傳統(tǒng)文化的價(jià)值日益被現(xiàn)代中國人所接受和認(rèn)可。語文教學(xué)中滲透傳統(tǒng)文化，可以提升學(xué)生的道德品質(zhì)和民族自豪感，有助于身心的修養(yǎng)和完善，并幫助學(xué)生樹立中國人特有的認(rèn)識(shí)世界和理解世界的觀念，做一名熱愛祖國熱愛人民的好學(xué)生。

=

CT

+

因此，蓄熱過程中溫度與焓的關(guān)系可表示為：

其中，

C

=(

+

)/2 為材料在相變區(qū)內(nèi)的等效比熱容；

=(

-

)/2 為相變溫度范圍的一半，也叫相變半徑；

=

(

-

)是固態(tài)的飽和比焓；

=

(

+

)是液態(tài)的飽和比焓；

為相變潛熱；

為液相率。

復(fù)合熱化學(xué)材料表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，例如沸石13X/MgCl

、膨脹石墨/CaCl

、MOF/SrBr

和蛭石/LiCl等。幾種典型水合鹽基復(fù)合材料的熱化學(xué)特性見表2。Xu 等

采用浸漬法將沸石與MgCl

復(fù)合，此復(fù)合儲(chǔ)熱材料既可以利用沸石載體吸附儲(chǔ)能，也可以通過MgCl

熱化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能，其總的儲(chǔ)能密度可高達(dá)1368 J/g。此外，與沸石復(fù)合解決了MgCl

的易潮解泄漏的問題，且復(fù)合后的循環(huán)穩(wěn)定性也有所提高。Korhammer 等

利用膨脹石墨與CaCl

復(fù)合，復(fù)合后的導(dǎo)熱性能提升了2 倍。純SrBr

在循環(huán)使用中出現(xiàn)了粉化的問題，因而D'Ans等

采用MOF 材料作載體封裝SrBr

(質(zhì)量分?jǐn)?shù)63%)后形成了循環(huán)性能穩(wěn)定的復(fù)合材料，該復(fù)合材料的儲(chǔ)熱密度達(dá)0.375 Wh/g(233 kWh/m

)。LiCl極易吸水潮解，因此Brancato等

將其吸附在蛭石多孔結(jié)構(gòu)中，可有效防止LiCl 泄漏。Zhang 等

和Miao等

分別將硅藻土、膨脹石墨與MgSO

復(fù)合，復(fù)合后的熱化學(xué)材料在傳質(zhì)性能及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面均有顯著提升。同時(shí)，復(fù)合膨脹石墨后熱導(dǎo)率提升了84.8%，其在高壓工況下也表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另外，值得一提的是，Palacios 等

首次提出一種熱能存儲(chǔ)“三合一”的概念，將顯熱、潛熱和熱化學(xué)這3種儲(chǔ)熱形式集成到一個(gè)復(fù)合材料體系中(圖6)，從而最大化地提升了材料的儲(chǔ)熱性能，總的儲(chǔ)熱密度可達(dá)2 GJ/m

。隨后，作者也對(duì)開發(fā)的HDPE-MgSO

新型三合一復(fù)合材料進(jìn)行了驗(yàn)證。

2.2 相變儲(chǔ)熱裝置的研究和性能優(yōu)化進(jìn)展

設(shè)計(jì)高效、緊湊的儲(chǔ)換熱裝置是提高儲(chǔ)放熱速率的關(guān)鍵之一

。一般而言，一套完整的相變儲(chǔ)換熱裝置主要由3部分組成，即相變材料、包裹相變材料的容器和傳換熱界面。目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界應(yīng)用研究最為廣泛的儲(chǔ)換熱裝置主要包括填充床式、管殼式和板式儲(chǔ)熱裝置3種，其結(jié)構(gòu)分別如圖13所示。

1158 水面艦艇官兵海上執(zhí)行任務(wù)期間衛(wèi)生服務(wù)需求及利用情況調(diào)查 胡超群，呂奕鵬，徐振清，薛 晨，張鷺鷺

填充床儲(chǔ)熱裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、換熱面積大和換熱效率高等優(yōu)點(diǎn)

。然而受限于內(nèi)部復(fù)雜的擾流和強(qiáng)非線性相變過程特征，對(duì)其儲(chǔ)放熱過程研究變得比較困難。Yang 等

研究了一種由太陽能作為熱源的多層型填充床蓄熱器(相變溫度分別為40 ℃、50 ℃、60 ℃)。通過與傳統(tǒng)的單型填充床進(jìn)行比較，研究者發(fā)現(xiàn)多層型填充床床中的相變材料比單類型系統(tǒng)融化得早得多，出水溫度也高于單型填充床。金波等

為提高相變儲(chǔ)熱球填充床的儲(chǔ)熱性能，提出了一種沿流動(dòng)方向減小球徑的雙層填充床，研究發(fā)現(xiàn)采用雙層變球徑填充床結(jié)構(gòu)后，下層相變球的換熱效果有了明顯提高，填充床的溫度均勻性也有所提高。

管殼式結(jié)構(gòu)是工業(yè)應(yīng)用較為廣泛的另外一種儲(chǔ)換熱裝置。目前對(duì)管殼式儲(chǔ)熱裝置的性能研究主要集中在傳熱流體參數(shù)的考察和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化上

。添加翅片和內(nèi)管偏心設(shè)置都是常見的強(qiáng)化傳熱手段。圖14 整理了不同學(xué)者針對(duì)傳熱強(qiáng)化研究所添加的不同結(jié)構(gòu)翅片

。Wang等

研究了套管式相變單元內(nèi)添加環(huán)形翅片以及翅片的高度、比例、相鄰翅片間夾角對(duì)熔化過程的影響。此外，也有學(xué)者采用拓?fù)鋬?yōu)化的方法對(duì)添加翅片結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，然后采用3D 打印技術(shù)進(jìn)行制造。值得一提的是，拓?fù)鋬?yōu)化的方法是將儲(chǔ)熱過程和放熱過程分開考慮的，如何對(duì)儲(chǔ)熱和放熱過程進(jìn)行耦合優(yōu)化，將是未來的研究方向之一

。

高溫儲(chǔ)熱材料主要以金屬和熔融鹽為主。其中，熔融鹽相變形成熔融態(tài)時(shí)生成了大量由陽離子和陰離子組成的離子熔體，具有非常好的導(dǎo)電性，相比一般電解質(zhì)溶液可以高出1 個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更多。此外，由于高溫應(yīng)用環(huán)境(通常在100～1000 ℃之間)的加速作用，高溫熔融鹽的腐蝕性一般比低溫水合鹽的腐蝕問題要顯著得多。對(duì)于金屬相變材料而言，它們在高溫下相變?yōu)橐簯B(tài)金屬后都具有比較活潑的化學(xué)性質(zhì)，尤其是液態(tài)鋁，它能與大多數(shù)金屬形成低熔點(diǎn)的合金，因而幾乎所有的常規(guī)金屬材料都不耐700～900 ℃的鋁液腐蝕

。

摘星樓外的空地，方圓數(shù)二十余丈，平坦如砥。其時(shí)藥圣孫思邈、書圣顏真卿、畫圣林白軒、琴圣蘇雨鸞、棋圣王積薪、烏有先生、子虛道人七位良師益友已按北斗七星的星位立在場地中央，孫思邈在中央占天權(quán)位，天樞顏真卿、天璇林白軒、天璣蘇雨鸞，為斗魁；玉衡王積薪、開陽烏有先生、搖光子虛道人，是為斗柄。顏真卿持筆，蘇雨鸞抱琴，其余皆凝神空掌，平心靜氣，起手如儀，靜候一邊已站成一線的袁安、上官星雨、李離三人。三人赤手空拳，袁安在前，據(jù)天位，上官星雨在中，據(jù)地位，李離斷后，據(jù)人位，天地人，是為三才。

石羊河流域高效節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整…………………………………………… 李元紅，王以兵(5.52)

儲(chǔ)換熱裝置儲(chǔ)放熱性能由兩個(gè)因素決定，一是裝置自身結(jié)構(gòu)，主要取決于傳熱流體和相變材料之間的換熱面積；二是相變材料自身的熱物性。因此，對(duì)儲(chǔ)放熱效率的優(yōu)化也圍繞這兩點(diǎn)開展。目前應(yīng)用的幾種儲(chǔ)換熱裝置(填充床式、管殼式、和板式)的優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但也要考慮過于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所增加的制造成本。此外，由相變材料的固有屬性(低熱導(dǎo)率和與封裝材料低兼容性)導(dǎo)致的高界面熱阻，是突破相變儲(chǔ)熱裝置性能提升的重要研究內(nèi)容

。研究和開發(fā)基于復(fù)合相變材料的儲(chǔ)熱單元和裝置，構(gòu)建從裝置到材料性能間的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)(圖15)，從而實(shí)現(xiàn)裝置層面快速可控，將是儲(chǔ)熱裝置發(fā)展的重要方向

。

3 儲(chǔ)熱系統(tǒng)與應(yīng)用

熱能存儲(chǔ)技術(shù)可用于削峰填谷、克服新能源波動(dòng)性、熱管理、跨季節(jié)存儲(chǔ)等。根據(jù)國際再生能源總署預(yù)測

，熱能(冷與熱)存儲(chǔ)裝機(jī)量將于2030 年(800 GWh)達(dá)到2019年(234 GWh)規(guī)模的3倍，熱能存儲(chǔ)裝機(jī)量的提升將強(qiáng)化全球能源基礎(chǔ)設(shè)施。根據(jù)工作區(qū)間的不同，熱能存儲(chǔ)技術(shù)可分為零下(<0 ℃)、低溫(0～100 ℃)、中溫(100～500 ℃)以及高溫(>500 ℃)。顯熱儲(chǔ)熱、相變儲(chǔ)熱、熱化學(xué)儲(chǔ)熱和機(jī)械-熱能儲(chǔ)能等不同類型的儲(chǔ)能方式和不同種類的儲(chǔ)熱材料也具有各自的工作溫度區(qū)間范圍，如圖16 所示。以下將著重對(duì)相變儲(chǔ)熱、熱化學(xué)儲(chǔ)熱和機(jī)械-熱能儲(chǔ)能的系統(tǒng)和應(yīng)用進(jìn)行介紹。

第Ⅲ類的3家研究機(jī)構(gòu)中，遼寧省標(biāo)準(zhǔn)化研究院作為網(wǎng)站主辦方建立了“遼寧省標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺(tái)”，但網(wǎng)站功能較為簡單，尚不能稱之為門戶網(wǎng)站，而貴州省標(biāo)準(zhǔn)化研究院和西藏自治區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化研究所均難以在搜索引擎中找到相應(yīng)網(wǎng)站。門戶網(wǎng)站及功能的缺失，直接影響了這3家標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)的品牌關(guān)注度。

3.1 相變儲(chǔ)能和熱管理系統(tǒng)

相變儲(chǔ)熱憑借近似恒溫的儲(chǔ)熱過程在熱管理領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)機(jī)房、電動(dòng)/燃油汽車、建筑溫控、冷鏈以及航天器等，具體如圖17所示。

2021 年通信基站和數(shù)據(jù)中心分別占全球總耗能的4%和3%

，而常規(guī)熱管理系統(tǒng)的耗電分別約占通信基站和占數(shù)據(jù)中心用電量的17.5%和38%

。基于相變儲(chǔ)能的熱管理系統(tǒng)可有效應(yīng)對(duì)緊急失控情況、避免重要部件的損壞，同時(shí)可以調(diào)節(jié)峰谷電。Oró等

研究了實(shí)用面積為500 m

，冷卻負(fù)荷為1278 kW 的數(shù)據(jù)中心的能耗。結(jié)果顯示，在巴塞羅那使用配備有儲(chǔ)熱技術(shù)的風(fēng)冷壓縮制冷機(jī)組可縮減51%的用電量。

相變儲(chǔ)能技術(shù)在冷鏈中的應(yīng)用主要包含火車、汽車貨柜運(yùn)輸以及家用、商用冰箱等。最近報(bào)道了由中車石家莊和伯明翰大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的一種基于相變儲(chǔ)能技術(shù)的“移動(dòng)冷庫”(圖18)

。此相變冷庫可保持箱內(nèi)溫度在5～12 ℃長達(dá)140 h 或更長，并且所需充冷時(shí)間不超過2 h。目前，此移動(dòng)冷庫已經(jīng)橫跨了多個(gè)地區(qū)，實(shí)現(xiàn)了35000 km 的公路運(yùn)行和1000 km 的鐵路運(yùn)行。Liu 等

計(jì)算1 個(gè)全尺寸冷藏室(3.4 m×2.2 m×2.2 m)使用相變儲(chǔ)能后的運(yùn)行成本。結(jié)果表明，在保持-18 ℃的前提下，相比傳統(tǒng)柴油制冷可縮減86.4%的成本。Nie等

將相變儲(chǔ)能與空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，將室內(nèi)的溫度波動(dòng)降低了2 ℃。此外，與普通1.5 匹空調(diào)相比，壓縮機(jī)啟停次數(shù)減少27%、空調(diào)綜合COP 提升19%、電費(fèi)成本降低17%，且成本回收期僅為1.83 年。除此以外，相變儲(chǔ)能和熱管理技術(shù)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域

、航空航天領(lǐng)域

、紡織領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用

，這里不再一一進(jìn)行報(bào)道。

3.2 熱化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)

目前熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)主要應(yīng)用于供暖和供冷中

。Cuypers 等

報(bào)道了一種用于住宅和辦公室的季節(jié)性熱化學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的輸出功率(0.60 kW/kg 材料)和較快的反應(yīng)響應(yīng)時(shí)間(約5 min)。Hongois 等

開發(fā)了一種基于硫酸鎂的熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)。研究表明，系統(tǒng)的儲(chǔ)能密度可達(dá)0.18 Wh/g (166 kWh/m

)，且相比熱水顯熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的單位體積儲(chǔ)能密度提高了2 倍以上。Ahmad 等

分別設(shè)計(jì)了單級(jí)和雙級(jí)的熱化學(xué)吸附系統(tǒng)以同時(shí)滿足供熱和供冷的需求，如圖19 所示。在入口溫度為±30 ℃時(shí)，單級(jí)系統(tǒng)的出口溫度可降低18～20 ℃，而雙級(jí)系統(tǒng)的出口溫度可達(dá)5 ℃。此外，系統(tǒng)的COP 在入口溫度為29～37 ℃和濕度為30%～60% RH 時(shí)可達(dá)到1～7.3。

熱化學(xué)系統(tǒng)與新能源特別是太陽能的相結(jié)合也是一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。PROMES 實(shí)驗(yàn)室安裝了一種基于BaCl

/NH

工作對(duì)的太陽能空調(diào)試驗(yàn)裝置

。該裝置由一個(gè)20 m

的平板太陽能集熱器提供熱能，并能實(shí)現(xiàn)20 kWh 的日制冷量。經(jīng)過2 年的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行表明，太陽能集熱器的年平均效率和系統(tǒng)COP分別為0.4～0.5和0.3～0.4。Aydin等

提出了1種太陽能熱化學(xué)吸附管式反應(yīng)器，吸附材料為蛭石-氯化鈣復(fù)合材料。該系統(tǒng)的3 個(gè)吸附管均能在20 h內(nèi)提供24.1 ℃的平均溫升，實(shí)現(xiàn)的平均功率輸出可達(dá)730 W，系統(tǒng)總儲(chǔ)能容量和儲(chǔ)能密度分別為25.5 kWh 和290 kWh/m

。除了以上介紹，還有更多的基于熱化學(xué)吸附儲(chǔ)熱的典型應(yīng)用，見表7。

3.3 液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)

液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種以液態(tài)空氣或氮?dú)庾鳛閮?chǔ)能介質(zhì)的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以為電網(wǎng)提供削峰填谷、頻率調(diào)節(jié)、黑啟動(dòng)等服務(wù)。紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)于1977 年首次提出使用液態(tài)空氣作為儲(chǔ)能介質(zhì)為電網(wǎng)提供調(diào)峰服務(wù)

。隨后，三菱重工

和日立公司

開始對(duì)此展開進(jìn)一步研究。然而，該項(xiàng)技術(shù)的重大進(jìn)步和轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在2005 年：英國利茲大學(xué)和高瞻公司(Highview Power)開始對(duì)液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)展開合作研究。2009—2012 年，該合作迎來了世界首個(gè)液態(tài)空氣儲(chǔ)能中試工廠的建立(350 kW/2.5 MWh)

。2012 年，高瞻公司將該中試工廠贈(zèng)予英國伯明翰大學(xué)用于進(jìn)一步的學(xué)術(shù)研究，如圖20(a)所示。此外，高瞻公司于2018年在英國曼徹斯特完成了試商用液態(tài)空氣儲(chǔ)能電站(5 MW/15 MWh)的建設(shè)

，如圖20(b)所示，并于2019 年宣布世界首套商用級(jí)的液態(tài)空氣儲(chǔ)能電站(50 MW/250 MWh)將于2022年在英格蘭北部竣工

。

液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理如圖21 所示。在沒有儲(chǔ)熱和儲(chǔ)冷裝置的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，系統(tǒng)的循環(huán)效率約為27%。加入冷/熱循環(huán)后，可以將系統(tǒng)的循環(huán)效率提高至50%以上

。其中低溫冷能的存儲(chǔ)對(duì)系統(tǒng)效率的影響最為顯著，研究表明當(dāng)?shù)蜏乩淠芎蛪嚎s熱的存儲(chǔ)?效率分別下降30%時(shí)，系統(tǒng)的循環(huán)效率將分別下降28%和8%

。現(xiàn)階段的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，低溫冷能(-196 ℃)存儲(chǔ)的介質(zhì)主要為巖石(填充床)

、甲醇

、丙烷

、R218

等。然而，當(dāng)巖石填充床作為儲(chǔ)冷介質(zhì)時(shí)，其存儲(chǔ)的一部分冷能無法完全被利用，從而導(dǎo)致系統(tǒng)整體效率的下降

。丙烷和甲醇(傳熱介質(zhì)兼儲(chǔ)冷介質(zhì))因此也成為了低溫冷能存儲(chǔ)的研究熱點(diǎn)，并且研究中多采用兩級(jí)儲(chǔ)冷配置：丙烷和甲醇分別用于低溫段(-185 ℃左右)和中低溫段(-75 ℃左右)的儲(chǔ)冷。這種儲(chǔ)冷方式，可以有效避免填充床冷能提取不完全的問題，但是由于成本較高、存在一定安全隱患，還停留在理論研究階段。

4 儲(chǔ)熱技術(shù)的相關(guān)政策和經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 全球儲(chǔ)熱技術(shù)市場現(xiàn)狀與相關(guān)政策

根據(jù)國際可再生能源署(IRENA)2020年報(bào)道

，截至2019 年底，全球范圍儲(chǔ)熱技術(shù)裝機(jī)容量約為234 GWh，應(yīng)用場景主要集中在3 個(gè)部門：供冷、供熱以及電力，見表8。然而，由于各國氣候條件和能源結(jié)構(gòu)等方面的差異，儲(chǔ)熱技術(shù)的發(fā)展也有很大區(qū)別。

4.1.1 供熱

目前，全球絕大部分(85%)的儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域供熱系統(tǒng)以及建筑供熱。顯熱儲(chǔ)熱是迄今為止最成熟和最廣泛被商業(yè)應(yīng)用的儲(chǔ)熱技術(shù)類型，尤其是水罐儲(chǔ)熱。目前，顯熱供熱技術(shù)的應(yīng)用主要集中在歐洲。以英國為例，截至2016 年，英國家庭大約安裝了180萬個(gè)蓄熱電暖器(固態(tài)儲(chǔ)熱)以及1100萬個(gè)熱水儲(chǔ)罐供熱系統(tǒng)(容積超過50 L)

。在區(qū)域供熱領(lǐng)域，已安裝水罐儲(chǔ)熱項(xiàng)目有幾十個(gè)，罐體的容積通常在幾百到幾千立方米之間。其他類型儲(chǔ)熱技術(shù)，如地下儲(chǔ)熱項(xiàng)目(包括熱井儲(chǔ)熱，鉆孔儲(chǔ)熱，含水層儲(chǔ)熱)等的市場應(yīng)用則非常少。由于供熱占英國最終能源消耗的35%以上，英國政府也在政策層面上提供了多項(xiàng)支持方案以實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)

。例如，從2011 年起實(shí)施的可再生供熱倡議(domestic renewable heat incentive，RHI)激勵(lì)計(jì)劃，從財(cái)政上激勵(lì)居民采用低碳供熱技術(shù)，包括生物質(zhì)鍋爐、太陽能供熱和熱泵。同時(shí)也資助了多項(xiàng)供熱系統(tǒng)示范項(xiàng)目，鼓勵(lì)區(qū)域供熱模式的低碳創(chuàng)新。此外，英國還投入大量公共資金支持包括儲(chǔ)熱在內(nèi)的儲(chǔ)能技術(shù)，并通過政策及市場機(jī)制改革，一方面確立儲(chǔ)能的資產(chǎn)類別屬性，為儲(chǔ)能的大規(guī)模應(yīng)用消除障礙，另一方面積極探索電力市場商業(yè)模式創(chuàng)新、發(fā)展和完善輔助服務(wù)市場，為儲(chǔ)能商業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造條件。

1938年10月，毛澤東總結(jié)了全國抗戰(zhàn)以來15個(gè)月的經(jīng)驗(yàn)，明確指出：“改良人民群眾生活問題，過去實(shí)行的太微弱了，因此不能激發(fā)廣大人民的抗戰(zhàn)熱忱，對(duì)堅(jiān)持長期抗戰(zhàn)是非常不利的。”［2］131他認(rèn)為實(shí)行各項(xiàng)改善民生的政策是今后全民族當(dāng)前的緊急任務(wù)。1939年2月，毛澤東在《在延安黨政軍生產(chǎn)動(dòng)員大會(huì)上的講話》中，肯定了邊區(qū)生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)在支前和改善人民生活中的成績，明確指出：“如果全國都像邊區(qū)一樣的做起來，這就是全國物力動(dòng)員起來了，果如此，則‘抗戰(zhàn)必勝，建國必成’就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)了。”［2］138

此外，全球大部分大型儲(chǔ)熱技術(shù)設(shè)施的裝機(jī)主要來自北歐(尤其是丹麥、德國和瑞典)的區(qū)域供熱系統(tǒng)。其中，太陽能區(qū)域供熱(solar district heating，SDH)系統(tǒng)在歐洲供熱部門的能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著重要作用。丹麥在太陽能區(qū)域供熱系統(tǒng)的裝機(jī)數(shù)量和容量上領(lǐng)先全球，70%以上的大型太陽能區(qū)域供熱廠都在丹麥建造

。熱井儲(chǔ)熱和鉆孔儲(chǔ)熱是丹麥太陽能供熱廠中最常見的兩種跨季節(jié)地下儲(chǔ)熱技術(shù)。由于地下儲(chǔ)熱技術(shù)的大量使用，目前丹麥、德國和瑞典等歐盟國家的區(qū)域供熱儲(chǔ)能裝機(jī)容量在全球占比超過60%。丹麥能源政策的特點(diǎn)是注重能源系統(tǒng)的整體規(guī)劃，充分發(fā)揮可再生能源的稅收政策和輔助政策框架之間的協(xié)同效應(yīng)，如稅收減免、上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼政策以及投資補(bǔ)助等，并通過熱電聯(lián)產(chǎn)以及廣泛應(yīng)用儲(chǔ)熱技術(shù)等多項(xiàng)措施極盡所能地利用當(dāng)?shù)氐目稍偕茉础⒂酂岷蛷U熱

。

4.1.2 供冷

前盾脫困施工從中間向兩邊進(jìn)行，在原塌腔拱部防護(hù)下按設(shè)計(jì)斷面安裝拱頂拱架后，采用方木臨時(shí)支撐在盾殼上，見圖6，然后分左右開挖拱腳，并及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)預(yù)測全球的制冷需求將從2000 年的300 TWh 大幅增長至2100 年的10000 TWh，約占到彼時(shí)全球電力總需求的一半

。儲(chǔ)冷應(yīng)用中，冰儲(chǔ)冷已經(jīng)成功商業(yè)化，而相變儲(chǔ)冷大多還處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究

。全球范圍來看，儲(chǔ)冷項(xiàng)目目前大部分位于美國，有少數(shù)一些大型項(xiàng)目位于氣溫較高的國家，如卡塔爾、約旦等。截至2017 年，美國已部署了將近100 MW的冰儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其中絕大部分位于紐約和賓夕法尼亞州

。美國對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的支持政策具有覆蓋面廣和前瞻性布局的特點(diǎn)，例如，2020 年12月美國能源部(DOE)發(fā)布的能源存儲(chǔ)大挑戰(zhàn)路線圖(Energy Storage Grand Challenge Roadmap)

，旨在創(chuàng)造和維持美國在儲(chǔ)能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。2021 年3 月，美國能源部宣布將投資7500 萬美元建設(shè)一個(gè)國家級(jí)的儲(chǔ)能技術(shù)研究與開發(fā)中心(Grid Storage Launchpad，GSL)，研究方向?qū)⒅攸c(diǎn)涉及儲(chǔ)熱和儲(chǔ)電。除了國家層面的戰(zhàn)略規(guī)劃外，各州層面也制定了各類鼓勵(lì)儲(chǔ)能的政策，涵蓋財(cái)稅政策、市場環(huán)境及監(jiān)管機(jī)制等多方面

。

4.1.3 電力部門

隨著全球越來越多國家承諾零碳排放，電力部門低碳轉(zhuǎn)型以及不斷提升電氣化程度已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)展的大趨勢。其中，熔融鹽儲(chǔ)熱也隨著聚光太陽能熱發(fā)電廠(CSP)的發(fā)展成為在電力部門應(yīng)用的主要儲(chǔ)熱技術(shù)，目前的裝機(jī)容量已超過21 GWh。熔融鹽儲(chǔ)熱已在世界各國廣泛投入運(yùn)行，西班牙處于世界領(lǐng)先地位。截至2019 年，熔融鹽儲(chǔ)熱裝機(jī)容量最高的地區(qū)分別為西班牙(6.9 GWh)、南非(4.1 GWh)、美國(4.0 GWh)和中國(2.3 GWh)。

4.2 常見儲(chǔ)熱技術(shù)的成本與經(jīng)濟(jì)性

評(píng)估儲(chǔ)熱技術(shù)是否能市場化取決于很多因素，其中成本是一個(gè)關(guān)鍵的考量。除了成本外，各類儲(chǔ)熱技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性在很大程度上取決于具體應(yīng)用和操作需求，包括存儲(chǔ)周期和頻率等。對(duì)于所有類型的儲(chǔ)熱技術(shù)而言，隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加單位投資成本均呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢

。

(4)協(xié)調(diào)發(fā)展型情景下，水資源承載能力隨著時(shí)間的增長，增加的幅度最大，水資源承載能力在2030年達(dá)到了最大，說明協(xié)調(diào)發(fā)展情景下山塘水資源的開發(fā)利用潛力最大，也是未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的方向。

對(duì)于顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)，相比儲(chǔ)熱材料本身，相關(guān)組件和安裝費(fèi)用在總成本中占有較高比例。水罐儲(chǔ)熱應(yīng)用中，英國眾多小型水罐儲(chǔ)熱項(xiàng)目之間成本差異較大，在26～183 ￡/kWh 之間，或925～2700 ￡/m

，而大型可用于跨季節(jié)儲(chǔ)熱的水罐儲(chǔ)熱項(xiàng)目成本則可能低至1￡/kWh，或91～114￡/m

。熱井儲(chǔ)熱技術(shù)由于通常用于特大規(guī)模跨季節(jié)儲(chǔ)熱，其成本顯著低于水罐儲(chǔ)熱，德國熱井儲(chǔ)熱的費(fèi)用在0.4～1 €/kWh之間

，或30～148 €/m

。鉆孔儲(chǔ)熱同樣具備非常低的單位成本，可低至0.4 €/kWh 或14～60 €/m

。此外，應(yīng)用于光熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫熔融鹽儲(chǔ)熱技術(shù)仍處于商業(yè)化初期。熔融鹽儲(chǔ)熱的當(dāng)前投資成本為26.1～40$/kWh

。隨著儲(chǔ)容量的不斷增大，單位成本也會(huì)顯著下降，傾向于在31$/kWh

。

相變和熱化學(xué)儲(chǔ)熱由于較為昂貴的材料成本而推高了系統(tǒng)的整體成本。此外，隨著規(guī)模的增加雖然也會(huì)降低成本，但是規(guī)模效應(yīng)并不如顯熱儲(chǔ)熱那么明顯。IRENA

報(bào)告的相變儲(chǔ)熱技術(shù)成本在58～230$/kWh之間。在英國，相變儲(chǔ)熱技術(shù)還沒有完全進(jìn)入商業(yè)階段，其生產(chǎn)廠商的報(bào)價(jià)高達(dá)250～350￡/kWh

。而從中國主要相變儲(chǔ)熱設(shè)備制造商的成本數(shù)據(jù)估計(jì)，相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)當(dāng)前在中國的初始投資成本約為350～400 ￥/kWh

。熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)目前仍處于研究階段，成本也非常昂貴，尚未具備商業(yè)化條件。

安全與否是游客進(jìn)行任何活動(dòng)的前提，海島因其地理環(huán)境的特殊性，海域安全隱患多，此時(shí)旅游企業(yè)相關(guān)人員和海島工作人員就得做好安全警示工作。若游客行程中提出問題，應(yīng)及時(shí)解決游客的問題，確保不會(huì)影響接下來的行程安排，最大努力提升游客滿意度。在行程結(jié)束后收到反饋信息尤其是投訴，旅游企業(yè)也應(yīng)盡最大努力彌補(bǔ)，防止顧客流失。此外，重視反饋信息，也為旅游企業(yè)不斷增進(jìn)自己的業(yè)務(wù)能力和找到自己服務(wù)缺口所在提供了重要信息來源。

與初始投資成本相比，所有儲(chǔ)熱技術(shù)的運(yùn)營成本都相對(duì)較低。雖然現(xiàn)有的數(shù)據(jù)極為有限，但來自德國的一項(xiàng)研究評(píng)估了多種跨季節(jié)儲(chǔ)熱項(xiàng)目，認(rèn)為這些項(xiàng)目的運(yùn)行成本約為總投資成本的0.25%，維護(hù)成本則約為1%

。

5 結(jié) 語

隨著全球能源系統(tǒng)向脫碳和清潔轉(zhuǎn)型的逐步推進(jìn)，儲(chǔ)熱技術(shù)在提高能源系統(tǒng)的靈活性、實(shí)現(xiàn)可再生能源穩(wěn)定輸出、提高能源利用效率等發(fā)揮著重要作用。本文聚焦儲(chǔ)熱技術(shù)的研究進(jìn)展，分別從分子模擬、材料配方、規(guī)模化制備、裝置設(shè)計(jì)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)以及儲(chǔ)熱市場與政策等角度對(duì)儲(chǔ)熱技術(shù)的研究進(jìn)行了總結(jié)。結(jié)合本文的幾個(gè)重要章節(jié)的成果，最后對(duì)儲(chǔ)熱技術(shù)進(jìn)行如下總結(jié)和展望。

（1）儲(chǔ)熱技術(shù)根據(jù)形式的不同，如顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱、熱化學(xué)儲(chǔ)熱等，可以為能源系統(tǒng)提供多種解決方案，實(shí)現(xiàn)不同溫度范圍，不同時(shí)間跨度(分鐘、小時(shí)、季度等)、不同裝機(jī)規(guī)模的能量存儲(chǔ)。

（2）復(fù)合型的儲(chǔ)熱材料是高溫相變儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料的重要研究方向。同時(shí)，降低材料成本、增加產(chǎn)能、提高材料壽命和可靠性是未來中復(fù)合型儲(chǔ)熱材料應(yīng)用的主要研究目標(biāo)。

（3）儲(chǔ)熱材料應(yīng)用過程中對(duì)金屬基材造成的腐蝕問題以及相關(guān)防腐措施也是未來儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

（4）儲(chǔ)熱裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和模擬研究已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，然而儲(chǔ)熱單元的工作效率仍然受限于儲(chǔ)熱材料的固有屬性，因此裝置的性能優(yōu)化要結(jié)合材料來實(shí)現(xiàn)。

（5）為擴(kuò)展儲(chǔ)熱技術(shù)在電力、區(qū)域供熱、建筑和工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，仍然需要依靠適當(dāng)?shù)恼吒深A(yù)措施和市場價(jià)值的拉動(dòng)雙方面作用。同時(shí)，技術(shù)層面上，還需進(jìn)一步提高儲(chǔ)熱的技術(shù)成熟度和降低技術(shù)成本。

（6）儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用場景廣泛，通過儲(chǔ)熱技術(shù)與不同能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)耦合是集成能源系統(tǒng)、提高能源系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性的重要技術(shù)路線。

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