Warmteopslagtechnologie: verbeter de efficiëntie van uitgebreid gebruik van warmte-energie;
Op dit moment is er in veel energiegebruikssystemen een tegenstrijdigheid tussen vraag en aanbod van energie, wat resulteert in een onredelijk energieverbruik en een grote hoeveelheid verspilling. Energie-efficiëntie zoals zonne-energie en industriële restwarmte is laag, wat niet alleen middelen verspilt, maar ook niet-verwaarloosbare thermische vervuiling van de atmosferische omgeving veroorzaakt.
Om deze reden is het verbeteren van energieconversie en -gebruik een belangrijk probleem geworden dat landen prioriteit moeten geven om strategieën voor duurzame ontwikkeling te implementeren, en de ontwikkeling van warmteopslagtechnologie voor alomvattend en effectief gebruik van warmte-energie is van het allergrootste belang.
Overvloedige middelen beschikbaar
Zonne-energie is de belangrijkste basisenergiebron onder de hernieuwbare energiebronnen. Het is"onuitputtelijk en onuitputtelijk" en is wijd verspreid en vrij van vervuiling. Het is een zuinige schone energie. De zon kan een energie van 391×1021 kW per seconde vrijmaken. Zelfs als de energie die naar het aardoppervlak wordt uitgestraald slechts een tot 2,2 miljardste daarvan is, komt dit overeen met 80.000 keer de energieopwekking van de wereld'. mijn land is een relatief rijk land aan zonne-energie. Meer dan tweederde van het land heeft een jaarlijkse zonnestraling van meer dan 6 GJ·m2 en een jaarlijkse zonneschijn van meer dan 2.200 uur. De jaarlijkse zonnestralingsenergie die door het aardoppervlak's in mijn land wordt ontvangen, is ongeveer 50×1019 kJ, wat overeenkomt met 170 miljard ton standaardkool. Dergelijke overvloedige zonne-energiebronnen bieden ook goede omstandigheden voor de ontwikkeling en het gebruik van zonne-energieopwekking in mijn land'. Industriële restwarmte is voornamelijk afkomstig van industrieën zoals de metallurgie, bouwmaterialen en chemicaliën. Statistieken in 2010 toonden aan dat industriële afvalwarmtebronnen tot 67% van de totale brandstofwarmte voor hun rekening namen, waarvan het terugwinningspercentage 60% bereikte. De totale benuttingsgraad van afvalwarmtebronnen in mijn land is echter laag en de benuttingsgraad van de restwarmte van grote ijzer- en staalbedrijven is ongeveer 30%. ~50%.
Er is veel ruimte voor verbetering in de benuttingsgraad van industriële restwarmtebronnen in mijn land. Neem als voorbeeld de metallurgische industrie. In 2010 bedroeg de ruwstaalproductie van mijn land 627 miljoen ton. De energie in het geproduceerde rookgas was gelijk aan 30 miljoen ton standaardkool, en de hoeveelheid geproduceerde staalslakken was ongeveer 280 miljoen ton, en de aanwezige thermische energie was gelijk aan 10 miljoen ton standaardkool. . Op dit moment is de benuttingsgraad van rookgasafvalwarmte in huishoudelijke ijzer- en staalbedrijven ongeveer 30%, en de benuttingsgraad van ijzer- en staalslakafvalwarmte is bijna nul. Als de benuttingsgraad van de afvalwarmte van rookgas kan worden verhoogd tot 90% en de benuttingsgraad van de afvalwarmte van staalslakken kan worden verhoogd tot 60%, kan elk jaar 21,6 miljoen ton standaardkolen worden bespaard, CO2-emissiereductie van ongeveer 50 miljoen ton en 3,3 miljard kWh aan stroomopwekking kan worden opgewekt.
Het is duidelijk dat de terugwinning van afvalwarmte een grote vraag is van de energiestrategie van mijn land', met onmetelijke economische voordelen, en van groot belang is voor de economische ontwikkeling en sociale vooruitgang van mijn land' en nationale energiezekerheid. Of het nu gaat om zonne-energie of industriële afvalwarmtebronnen, er zijn problemen van intermitterende en instabiliteit, die de promotie en toepassing van verwante technologieën ernstig belemmeren.
Dringende behoefte aan latente warmteopslagtechnologie op middellange en hoge temperatuur
Het gebruik van warmteopslagtechnologie kan de tegenstelling tussen vraag en aanbod van thermische energie in termen van tijd, intensiteit en ruimte verminderen en is een belangrijk middel voor een optimale werking van thermische energiesystemen. Warmteopslag omvat hoofdzakelijk drie vormen: voelbare warmteopslag, latente warmteopslag en chemische reactiewarmteopslag.
Opslag van chemische reactiewarmte bevindt zich nog in de experimentele onderzoeksfase vanwege het complexe systeem, de technische moeilijkheidsgraad en de slechte bruikbaarheid; hoewel verstandige warmteopslagtechnologie op grote schaal wordt gebruikt, wordt warmteopslag veroorzaakt door de lage warmteopslagdichtheid per volume-eenheid warmteopslagmaterialen. De grote hoeveelheid materialen maakt het warmteopslagsysteem met grote capaciteit omvangrijk, gecompliceerd in proces en hoge kosten .
Latente warmteopslag is het gebruik van de latente warmte die vrijkomt of wordt geabsorbeerd door het faseveranderingsproces van het warmteopslagmateriaal om warmte op te slaan en af te geven. In vergelijking met gevoelige warmteopslagtechnologie heeft latente warmteopslag het voordeel van een grote warmteopslagdichtheid per volume-eenheid, en heeft een grotere energieabsorptie en afgifte binnen het faseovergangstemperatuurbereik, en het opslag- en afgiftetemperatuurbereik is smal, wat gunstig is laden en lossen De temperatuur van het thermische proces is stabiel.
Om de efficiëntie van de energieconversie te verbeteren en de kosten te verlagen, beweegt de technologie voor zonnewarmtegebruik naar hogere bedrijfstemperaturen. De bedrijfstemperatuur van thermische energieopwekking is hoger dan 600°C, en de temperatuur van een grote hoeveelheid industriële restwarmte is ook erg hoog (de temperatuur van het rookgas van de convertor is bijvoorbeeld ongeveer 1600°C).
Deze moeten allemaal dringend worden onderzocht en ontwikkeld op middellange en hoge temperatuur latente warmteopslagtechnologieën. Hoewel veel wetenschappers in binnen- en buitenland al lange tijd onderzoek doen vanuit verschillende niveaus, zoals materialen en processen, is er tot nu toe nog geen volwassen latente warmteopslagsysteem met gemiddelde en hoge temperatuur dat stabiel werkt.
Na vele jaren van diepgaand onderzoek op dit gebied door vele binnen- en buitenlandse onderzoekseenheden, gecombineerd met de huidige status en trends van binnenlandse en buitenlandse technologieontwikkeling, wordt aangenomen dat de latente warmteopslagtechnologie op middellange en hoge temperatuur voornamelijk wordt geconfronteerd met de volgende openstaande problemen.
Ten eerste is er een gebrek aan latente warmteopslagmaterialen met gemiddelde en hoge temperatuur met uitgebreide eigenschappen zoals een hoge warmteopslagdichtheid en een sterke thermische geleidbaarheid. De basis van latente warmteopslagtechnologie zijn faseovergangsmaterialen. Op dit moment is er veel onderzoek gedaan naar materialen voor warmteopslag bij lage temperatuur (<100°c) op="" basis="" van="" paraffinewas="" en="" gehydrateerd="" zout,="" en="" wordt="" het="" ook="" toegepast="" in="" de="" bouwsector="" en="" kleding.="" echter,="" medium="" en="" hoge="" temperatuur="" warmteopslagmaterialen,="" in="" het="" bijzonder="" hoge="" temperatuur="" faseverandering="" warmteopslagmaterialen="" met="" een="" smeltpunt="">600°C, ontbreken nog steeds.
Ten tweede zijn de warmteopslagmaterialen met gemiddelde en hoge temperatuur faseverandering voornamelijk anorganische zouten en legeringen. Enerzijds vereist de selectie van kandidaatmaterialen een diepgaand begrip van de thermodynamica en kinetische mechanismen van het faseovergangsproces van het materiaal. Aan de andere kant is het noodzakelijk om de invloed van microstructuur op de thermische eigenschappen van materialen te onthullen vanuit twee aspecten: verbeterde warmteoverdracht en efficiënte warmteopslag.
Bovendien zijn de inkapseling van vloeistof-vaste faseveranderingsmaterialen en het verval van thermische eigenschappen tijdens het serviceproces ook onmisbare inhoud in het onderzoek van faseveranderingsmaterialen bij middelmatige en hoge temperatuur. Dit is vaak een knelpunt bij het onderzoek en de ontwikkeling van dergelijke materialen. Hoogwaardige materialen voor warmteopslag in ontwikkeling
Veel wetenschappers in binnen- en buitenland hebben metalen bestudeerd als materialen voor warmteopslag. In 1980, Birchenall et al. heeft de thermofysische eigenschappen gemeten en geanalyseerd van binaire en ternaire legeringen bestaande uit Al, Cu, Mg, Si en Zn, die overvloedig aanwezig zijn op aarde, en ontdekte dat de faseovergangstemperatuur in het bereik van 780-850 K ligt en rijk is aan Si. Of Al-legeringen hebben de hoogste warmteopslagdichtheid, en vervolgens zijn faseveranderingswarmteopslagmaterialen van aluminium en siliciumlegeringen uitgebreid bestudeerd.
Anorganische zoutmaterialen hebben een breed scala aan bronnen, grote faseveranderings-enthalpiewaarden en matige prijzen, en zijn bijzonder geschikt voor gebruik als faseveranderingswarmteopslagmaterialen met gemiddelde en hoge temperatuur. De onderzoekers bestudeerden de thermofysische eigenschappen van gesmolten zout met een temperatuur hoger dan 450 ℃, en breidden de toepassing van anorganisch eutectisch zout met een temperatuurbereik van 220 ℃ tot 290 ℃ uit op het gebied van thermische zonne-energieopwekking, en slaagden voor tests zoals differentiële scanning calorimetrie. Methode, de thermofysische eigenschappen van gesmolten zout werden gemeten.
Bovendien overschrijdt de volumeveranderingssnelheid van veel gesmolten zoutsystemen voor en na de faseverandering 10%. De grotere volumeveranderingssnelheid vergroot de holtes in het gesmolten zoutfaseveranderingsmateriaalsysteem, beïnvloedt de warmteopslag/afgiftesnelheid en verhoogt de warmteopslag. De ontwerpmoeilijkheid van de systeemapparatuur vermindert de efficiëntie van de warmteopslag. Om deze reden hebben onderzoekers de compatibiliteit bestudeerd van warmteopslagmaterialen met gesmolten zoutfaseverandering en roestvrij staal, en de resultaten tonen aan dat roestvrij staal een goed anticorrosief effect heeft op de meeste gesmolten zouten.
Tegelijkertijd zijn de cyclusprestaties van faseveranderingsmaterialen op basis van ternaire aluminiumlegeringen en compatibiliteit met containers; de verenigbaarheid van fluoride gesmolten zouten met kobalt, nikkel en vuurvaste metalen elementen gelegeerd staal; de verenigbaarheid van lithiumhydroxide met structurele legeringsmaterialen In andere opzichten hebben wetenschappers ook onderzoek gedaan.
Hoewel er enkele resultaten zijn bereikt bij het onderzoek naar warmteopslagmaterialen met gemiddelde en hoge temperatuur met faseverandering, zijn de kosten van faseveranderingsmaterialen van metaal en legeringen hoog en is de warmteopslagdichtheid per massa-eenheid beperkt. Bovendien is de chemische activiteit van faseveranderingsmaterialen van metaallegeringen sterker na faseverandering. , Ernstige corrosie bij hoge temperatuur beperkt de brede toepassing ervan op het gebied van warmteopslag op middellange en hoge temperatuur aanzienlijk.
Als materiaal voor warmteopslag met faseverandering heeft gesmolten zout een grote faseveranderingsenthalpie, een hoge warmteopslagdichtheid en een matige prijs. Het heeft een groot ontwikkelingspotentieel op het gebied van toepassingen voor warmteopslag op middellange en hoge temperatuur. Gesmolten zout heeft echter een slechte thermische geleidbaarheid en heeft ernstige corrosieproblemen bij hoge temperatuur met faseveranderingsmaterialen van metaallegeringen, wat nog steeds een probleem is dat de toepassing op schaal beperkt.
Daarom is de ontwikkeling van hoogwaardige warmteopslagmaterialen en hun bereidingsmethoden een onvermijdelijke trend in het onderzoek naar warmteopslagmaterialen op middelhoge en hoge temperatuur en een onvermijdelijke manier voor de ontwikkeling van warmteopslagtechnologie.
De verspreiding van zonne-energie, industriële afvalwarmte, grote energiespanne en de intermitterende aard van hernieuwbare energie vereisen allemaal warmteopslagtechnologie met faseverandering bij gemiddelde en hoge temperatuur.
Het onderzoek naar grootschalige warmteopslagtechnologie omvat de kruising van materiaalwetenschap, chemische technologie, werktuigbouwkunde, warmte- en massaoverdracht en meerfasenstroming.
De ontwikkeling van hoogwaardige medium en hoge temperatuur faseverandering warmteopslagmaterialen is van groot belang op het gebied van medium en hoge temperatuur warmteopslag, met name thermische zonne-energieopwekking, industriële afvalwarmteterugwinning en andere gebieden.
