近年来伴随着大量可再生能源尤其是可再生电力的应用以及日益严峻的环境问题,高品位储能技术以及余热的高效回收利用越来越被人们所重视,这也为储热技术的进一步发展提供了机遇。在大规模太阳能热发电与工业余热回收等技术中,中高温储热技术已经成为其发展瓶颈。在规模储能方面,深冷储能技术,即利用液态空气作为储能介质的一种储热技术,开始显现出强大的市场潜力而受到了相当的重视。然而这些高品位储热技术的实际应用还要受到诸多方面的限制,如储热材料与储热器的相容性问题、储热器的优化传热问题、成本及安全性问题等,这些都是新时期储热技术面临的新挑战,只有从储热材料和储热过程(系统)两个方面入手进行深入研究和探索才可能解决以上的问题并实现储热技术的推广应用。热量以显热、潜热或两者兼有的形式储存。

储热材料的研究目前主要是集中于显热储热材料和相变材料,尤以储热密度高、储热装置结构紧凑的高温相变材料为主,其中各种混合盐类因其可以在中高温工作区域内通过调节不同盐类的配比来控制物质的熔融温度而吸引了很多研究者的兴趣。显热储存材料在能量释放过程中温度不能保持稳定,而且在热交换中热损失较高,不能长期保存热量,且蓄热能力较低,不能满足如今的工业要求;
化学储热是利用储热材料可逆吸热/放热反应过程来储存和释放热量,尽管这种方法储热能力比较好,热损失比较小,但是要面临储热材料对设备的腐蚀、传热和传质能力差和材料开发难等问题,限制了实际应用;
潜热储存技术是利用相变材料在相变过程中吸收或释放热量,从而进行热量交换,弥补了显热储存不能长期保存热量的缺点,而且储能密度较大,没有化学反应的发生,不会对生态环境造成危害。

显热储热除了盐类的简单混合,研究人员正尝试加入金属合金以及其它复合材料并通过纳微材料合成技术和纳微尺度传热强化技术制备成满足要求的纳微结构储热材料,以解决其传热性能(导热系数)、力学性能(强度)和化学稳定性较差的问题。在储热过程(系统)方面,不仅关注储热换热器本身的性能,而且以换热系统网络整体为着眼点,通过在现有的热流网络中添加储热单元这一环节以实现能量的**配置,提高系统整体的效率 。如前所述,终端用户所需的各种能量绝大部分是通过热能的形式转化或以热能为最终形式的,因而加入储热环节是对系统能量流在时空上调节和优化配置的最简单方式。然而必须注意这样一种系统尺度上的调节是一种多物理过程、非稳态、强非线性耦合的复杂系统。构建这类系统最主要的难点为:系统涉及的余热源、转换的电源、热电用户这三大要素之间相互依赖,这种相互依赖往往造成能量供给与需求之间矛盾的加大或不可调和,进而使系统的热效率大打折扣;
余热源、转换的电源、热电用户在时空上不断变化,尤其是余热源的间隙性和能级分化。余热源的间隙性具体表现为随工况的波动,它往往使热能的回收与持续利用变得十分困难。从这个意义上讲,储热过程(系统)的研究是一个动态热管理的过程,它通过在时空上对系统能量流及现金流进行预测(或测量)、调节分配及优化控制等,实现系统**的能量配置和最佳的整体效率和效益。
国际可再生能源署(IRENA)于2020年发布的储热专项报告《创新展望:热能存储》指出,到2030年,全球储热市场规模将扩大三倍,在未来10年,储热装机容量将增长到800GWh以上。但当前,经济性仍是制约储热技术大规模推广的重要因素,需要继续开展高性能、低成本储热技术研发;现有储热技术偏重于居民供暖领域,在工业高品质差异化供能方向需要进一步研究;规模化储热装置缺乏统一的标准和测试手段,需要加强标准体系建设以指导储热产品规范发展;需加强规模化储热负荷入网检测标准及检测技术研究。未来,储热材料将朝着低成本、高储热密度、高循环稳定性、长周期存储的方向发展:进一步筛选符合环保的低价的有机相变储能材料;
开发复合相变储热材料是克服单一无机或有机相变材料不足、提高其应用性能的有效途径;
针对相变材料的应用场合,开发出多种复合手段和复合技术,研制出多品种的系列复合相变材料是复合相变材料的发展方向之一;
开发多元相变组合材料。在同一蓄热系统中采用相变温度不同的相变材料合理组合,可以显著提高系统效率,维持相变过程中相变速率的均匀性。这对于蓄热和放热有严格要求的蓄能系统具有重要意义;
进一步关注高温储热和空调储冷。太阳能热动力发电技术是一项新技术,是最有前途的能源解决方案之一,必将极大地推动高温相变储热技术的发展。另外,低温储热技术是当前空调行业研究开发的热点,并将成为重要的节能手段。
利用纳米材料的特点制备新型高性能纳米复合相变储热材料是制备高性能复合相变材料的新途径。
储热装置从关注单体设备效率、成本向满足高品质供能、差异性需求、储用协调方向发展;规模化分布式储热/冷技术从单纯供能,向兼顾电网辅助服务和综合能源服务的多元化用能方式发展。另一个障碍是在政策方面。近段时间以来,关于储能的利好政策频出,但其中部分政策条文未涉及热储能技术。4月21日,国家发改委、国家能源局联合印发的《关于加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》将新型储能定义为除抽水蓄能外的新型电储能技术,引发储热业界的热烈讨论,CHPLAZA清洁供热网等相关团体对此专门提交了反馈意见,呼吁将热储能技术纳入该文件。再者,从行业自身来看,相较于火热的电储能行业,热储能产业链从业企业整体展现出的凝聚力较差,各个企业各自为战,企业间缺乏协同、沟通与合作。这很大程度上是由于储热领域一直欠缺一个牵头的协会类的组织机构去凝聚行业力量,向上传达行业诉求。目前储能领域的协会组织几乎被电储能所主导,他们形成了一个强大的利益共同体,储热的发声机会和空间几乎没有。
▎来源:热设计、知乎相关知识
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