法國洛林大學在長期儲熱方面取得新進展
文章信息
技術領域：長期儲熱
開發(fā)單位：法國洛林大學 A. Celzard, Alain
技術突破：成功進行了碳泡沫疏水化的處理，完全維持了主體相變材料的熔點和熔化焓，并完全避免了相變材料的異質(zhì)成核，同時將熱導率控制在季節(jié)性太陽能儲熱應用所需的范圍內(nèi)。
文章名稱：P. Jana, A. Celzard, et al. Hydrophobised carbon foams for improved long-term seasonal solar thermal energy storage. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2021.
應用價值：疏水性最強的碳泡沫可以促使主體相變材料的顯著過冷，這對于長期儲熱是一個極為出色的特征。
相變材料的熱導率大都過低，從而導致熱交換器尺寸過大以及系統(tǒng)效率的降低，尤其是當傳熱流體的溫度接近相變材料的熔點/結(jié)晶點時，例如應用于建筑領域的太陽能儲熱(STES)。使用在室溫附近的季節(jié)性儲熱有望在數(shù)周至數(shù)月的時間內(nèi)工作，但需要附加條件來提高效率?；谔谴嫉南嘧儾牧霞竟?jié)性太陽能儲熱展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，因為糖醇具有以下特性，如低成本、容易獲取、無毒和無腐蝕性、高能量密度(130–200 kWh m?3)、低熔點(通常在70–120 攝氏度)以及顯著且穩(wěn)定的過冷度等。由于糖醇均為高極性分子，因此當它們被包裹在低表面能的多孔碳基質(zhì)中，能阻止微晶的成核，從而有利于過冷。
此研究旨在評估以優(yōu)化的碳泡沫作為基于糖醇的季節(jié)性太陽能儲熱的多孔傳熱強化基質(zhì)的性能，以及它們在過冷狀態(tài)釋熱的儲熱效率。通過四種不同的技術進行了蔗糖基碳-石墨填料復合泡沫的疏水化，盡管并非所有的表征技術都可以系統(tǒng)地使用，但可以觀察到處理后的樣品疏水性不同程度的增強。將糖醇滲入碳泡沫中的雜化材料的機械性能和熱導率顯著高于原始碳泡沫，沒有表面處理將引起宏觀孔隙率或?qū)崧蕮p失。化學計量為CF0.07的碳泡沫是唯一能夠避免糖醇完全異質(zhì)成核的材料。疏水性最強的碳泡沫能夠促使主體相變材料的明顯過冷，這對于長期儲熱而言是一個出色的特征。
圖1 用于季節(jié)性STES的基于糖醇的典型碳泡沫(蔗糖炭/石墨顆粒)
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華北電力大學在長期儲熱方面取得新進展
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技術領域：長期儲熱
開發(fā)單位：華北電力大學 Jianhua Fan
技術突破：結(jié)合短期儲熱和長期儲熱開發(fā)了可變供熱系統(tǒng)，在穩(wěn)定的過冷狀態(tài)下，儲能期間儲罐中存儲了21.7 kWh的熱量，釋放了14.0 kWh的顯熱和7.6 kWh的潛熱。蓄熱器在儲電期間具有高于340 W/K的較強的換熱能力。
文章名稱：Gang Wang, Jianhua Fan. Thermal characteristics of a long-term heat storage unit with sodium acetate trihydrate. Applied Thermal Engineering, 2021.
應用價值：對于可變供熱系統(tǒng)，將短期儲熱和長期儲熱結(jié)合是有效的。
潛熱儲熱系統(tǒng)由于儲能密度高以及同時可用于短期和長期儲熱，因此是一項適用于家用儲熱系統(tǒng)的技術。當前對相變材料儲熱的研究大部分是理論上的，且處于概念驗證的早期階段，缺乏大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化的全面蓄熱研究。同時，常見的家用蓄熱器是為短期存儲而設計的，熱量不能長時間存儲。
研究人員測試了使用75 L水和137.8 kg相變材料的潛熱儲熱，使用具有穩(wěn)定的過冷能力的三水合乙酸鈉基復合材料作為相變材料。存儲裝置的顯熱用于短期儲熱，潛熱用于長期儲熱。對于可變供熱系統(tǒng)，將短期儲熱和長期儲熱結(jié)合是有效的。通過實驗方式分析了蓄熱器的熱功率和換熱能力。為研究長期儲熱，探究了穩(wěn)定過冷的成功率。結(jié)果表明，在測試條件下，儲能期間儲罐中存儲了21.7 kWh的熱量，顯熱釋熱期間（短期儲熱）釋放了14.0 kWh熱量，潛熱釋熱過程中釋放了7.6 kWh的熱量（長期儲熱）。三水合醋酸鈉在66％的測試循環(huán)中保持穩(wěn)定的過冷狀態(tài)。蓄熱器在儲電期間具有高于340 W/K的較強的換熱能力。
圖2 儲熱單元(左)和用于觀察蓄熱器內(nèi)部管道的歧管板(右)
