中医白癜风知名医院 https://wapjbk.39.net/yiyuanzaixian/bjzkbdfyy/在钢铁、化工、石油、建材、轻工和食品等工业领域，部分产品在生产过程中可能会产生大量的低品位热能，而且由于此类热能的热源品位较低，导致其再利用难度较大，目前大部分低品位热能会直接被进行冷却处理，在处理过程中不但产生了能源消耗，而且会对环境产生热污染。此外，太阳能光热资源作为最清洁和最丰富的可再生能源，除了利用聚光进行高温发电以外，在中低温区的热利用上还有很大发展空间。随着碳中和理念的深入渗透，同时能源成本的急剧提高，中低品位热能的利用势在必行。而储热（ThermalEnergyStorage,TES）技术则是热利用上的重要一环。太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能都可以以储热材料为媒介储存起来，并在需要的时候进行释放。储热技术可以最大限度的解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，提高系统的能源利用率，并且有助于发电、工业和建筑部门整合并提高可再生能源的利用率。因此储热技术的推广和发展也是实现碳中和目标的必经之路。世界范围内热能占终端能源的消费需求的比例高于50%，国际可再生能源署（IRENA）于年发布的储热专项报告《创新展望：热能存储》指出，当前全球约有GWh的储热系统正在发挥着重要的灵活性调节作用，到年全球储热市场规模将扩大三倍[]。热量来源太阳辐射：太阳一秒钟所释放的能量有3.9×0的26次方焦耳，而地球表面所能接收到的能量只有太阳释放能量的二十二亿分之一，也相当于全世界发电量的8万倍。太阳能是可再生能源中最重要的基本能源。它取之不尽、用之不竭，且分布广泛、无污染。我国太阳能资源相对丰富，全国2/3以上的地区，太阳能年辐射量超过6GJ*m2，年日照时数h以上。我国每年地球表面接收的太阳辐射能约为5×0的9次方千焦，相当于亿吨标准煤。[2]工业余热：主要来自冶金、建材、化工等行业的余热。根据行业调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的7%-67%，可回收率达60%，可回收利用的余热资源约为燃料消耗总量0%-40%。根据全国能源消费总量与可回收余热资源占比进行测算，年我国可回收余热总资源平均值约3亿吨标准煤。从余热资源品位来看，约46%为℃及以上的高品质余热资源，其余约54%则为℃以下的中低品质余热资源。[3]随着国家政策对余热回收储存利用的鼓励和支持，以及余热回收储存利用技术和效率的不断提高，我国工业余热资源利用率的提升空间很大。储热方式目前，主要有三种储热方式，包括显热储热、潜热储热（也称为相变储热）和热化学反应储热。显热蓄热：是目前最常用、也是最先进的商用技术类型。它通过加热或冷却储存介质来储存热能，但不发生相变。在工作温度范围内，储存的能量与充能时的温度变化（上升或下降）以及材料的热能容量成正比。显热储热材料按物态的不同可以分为固态显热储热材料和液态显热储热材料。固态显热储热材料主要有土壤、砂石、混凝土、金属、陶瓷等。目前商业化应用主要有镁砖蓄热和混凝土蓄热。固体混凝土作为一种浇注材料，可以制作成各种特定的形状，其原料来源广泛，可以就地取材，成本较低，且储热温度可达℃-℃。挪威Nest能源公司与德国海德堡水泥集团（HeidelbergCement）开发的Heatcrete特种混凝土（图），其适用的储热工作温度范围从零下到零上多摄氏度，并且可以完全模块化、规模化进行扩展，商业化应用级别的规模范围从几MWhth(Megawattsthermal)到数GWhth不等。图：Heatcrete特种混凝土的模块化设计[4]液态显热储热材料如水、空气、液态金属、导热油及熔盐。水比热容大，常温下高达4.82kJ/(kg?K)，是一种优良的储热介质。常见的水储热技术有非承压水储热和承压水储热两种，非承压水蓄热温度一般在30-85℃，承压水蓄热的温度一般在30℃~℃，且水储热设备简单，使用寿命较长，投资较低。熔盐（Moltensalt）是盐类熔化后形成的熔融体，例如碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的熔融体。能构成熔盐的阳离子有80余种，阴离子有30余种，组合成的熔盐可达2余种。[5]熔盐具有高沸点（使用温度）、高比热容、高对流传热系数，低粘度、低蒸汽压力等特点，是一种优良的传热储热介质。目前广泛应用于太阳能光热发电领域，据统计在我国首批的20个光热发电示范项目中，8个采用熔盐储热。新增92个光热发电站清单中，86个采用熔盐储热（图2）。与传统的水储热相比，熔盐储热具有较高的体积蓄热密度，同等储热容量情况下，熔盐储热罐是水储热罐体积的八分之一，占地面积小。且熔盐蓄热温度高，品位损失小。常见的光热熔盐品种有被称作太阳盐（Solarsalt）的二元盐，由质量比为60%的硝酸钠（NaNO3）和40%硝酸钾（KNO3）组成，其工作温度可达℃。常规的三元盐由质量比为53%硝酸钾（KNO3）+40%亚硝酸钠（NaNO2）+7%硝酸钠（NaNO3）组成，其工作温度可达℃。国际上成熟的工业领域应用低熔点三元盐（HitecXL）成本更低，由质量比为45%硝酸钾（KNO3）+48%硝酸钙（CaNO3）+7%硝酸钠（NaNO3）组成。科技部对“十四五”国家重点研发计划“储能与智能电网技术”重点专项年度项目申报指南征求意见中，也将”宽液体温域高温熔盐储热技术”列为重点课题之一。图2：太阳能光热发电站中的熔盐储罐[6]相变储热：相变储热材料（PhaseChangeMaterials,PCM）使用储热材料的相变潜热（通常从固态到液态）储存热能。PCM有众多类型和应用:?零度以下的PCM：相变温度低于0°C，例如盐水混合物。?低温PCM：相变温度为0-20°C，例如石蜡和盐水合物。?高温PCM：相变温度高于20°C，例如无机盐及其共晶混合物，如储存在陶瓷支撑材料（复合PCM）中的盐。与显热蓄热材料相比，PCM能量密度更高，这意味着其所占物理空间更小。PCM可进行趋于恒定温度的热能存储和释放，因此可根据工程需要专门选择PCM以提供特定的输出温度。部分无机盐混合物的相变温度较高（超过°C）。无机盐二元和三元混合物已针对蓄热应用开展了广泛的研究。碱金属的碳酸盐、硝酸盐、氯化物和硫酸盐以及碱金属（例如镁、钾、锂和钙）是用于生产共晶混合物的主要化合物，具有较高的化学稳定性且在较广温度范围（-°C）下始终保持最佳性能，因此适合于各种高温应用。虽然其储能密度很高，但腐蚀性且导热系数低等缺点限制了充能/释能速率。当前针对这些问题已提出各种方法，比如使用多孔支撑材料（金属泡沫、多孔碳材料和陶瓷结构）避免泄漏，以及添加例如石墨材料等高导热系数的增强剂[]。热化学储热：热化学储热技术，是指利用化学变化过程中热量的储存和释放达到热能储存目的的一种技术。它的能量密度相比显热和潜热储热更高，可分为可逆反应储热和吸收式储热。可逆反应的储热，本质为储存和释放化学反应工程中分子键的破坏和重组产生的热量。主要包括化学循环如：碳酸盐分解/合成、金属氧化物分解/合成和氢氧化物分解/合成（主要为Ca(OH)2和Mg(OH)2）等；氧化还原反应，如甲烷重整、氨分解/合成、异丙醇分解/合成；及金属氢化物（主要为MgH2）：在合适的压力和条件下，金属与氢气反应生成金属氢化物，并放出大量的热。[7-8]图3：热化学储热的分类[]吸收式储热则从化学势的角度通过破坏吸附剂与吸附质之间的结合力(主要为范德华力、静电力、氢键)进行储热。主要包括水合盐体系（以水为吸附质）和氨络合物体系（以氨为吸附质）。基于液体的吸收是利用浓度差进行储热，比如当酸、碱或盐类水溶液的浓度发生变化时会产生热量变化。目前研究较多的如利用硫酸浓度差热的太阳能集热系统、利用碱溶液或者盐溶液的吸收式系统。由于吸收式系统在环境温度下能够尽可能长时间地保存热能而不发生热量损失，因此热化学蓄热技术成为低温下季节性储能(主要用于建筑行业）的广泛研究方向。储热成本对于技术本身，显热储热系统集成相对简单，技术成熟度高，已得到大规模应用，但系统体积较大，热损失严重；相变储热技术热能的储存与释放易控制，热损失较小，技术成熟度处于实验室研发到商业化应用的过渡期，需进一步强化相变材料的热稳定性；热化学储热技术集成系统的体积较小，热损失也很小，但是技术成熟度尚处于实验室验证阶段，储放热过程较难控制，可逆反应体系中传热传质性能仍需提高。国际可再生能源机构（IRENA）对三种技术储热技术在发电领域的成本，效率及能量密度等参数进行了对比(图4)，到年，随着储热材料工作温度的进一步提高，利用储热技术发电的效率可达95%，成本可降低50％以上，达到每千瓦时(kWh)2美元。图4：三种储热技术在发电领域对比[]太阳能、工业余热的分散性造成了能量利用的不合理和大量浪费，新能源电力的不稳定性也需要更多具有调峰能力的电机组承担电网高峰负荷。储热技术的大力发展为优化能源结构，提高能源的利用率提供了新的思路。储热应用新方向工厂余热和太阳能光热目前主要应用于建筑区域供热，工业及电力部门。太阳能光热发电储热传热介质工作温度基本在℃以上，因此对阀门管道设备的要求较高，特别是熔盐储热系统，熔盐的凝固点高，使系统存在冻盐风险，特别是阀门，如果设计结构有缺陷就会在停机疏盐时无法疏尽而发生冻盐，存在潜在的运行风险。[9]对于中低温热源的储存及应用，目前集中在工业回收及建筑供热方面，并没有得到有效充分的利用。光合新能研发的等离激元光热催化技术，利用纳米催化剂的等离激元局域能量增强效应，可以利用太阳光光（热）能或者工业产生的中低温余热（50℃—°）做为能源，以工业废气或空气中捕集获得的二氧化碳和非饮用水为原料，通过一步光（热）催化反应，温和条件下，合成汽油、柴油等长链烷烃组分的液态产物，以及天然气、氢气等气态产物。在50℃-℃中低温区间内，国际上已经有较为成熟的槽式集热+导热油储热技术。较低的供热温度不但使得集热储热设备，导热介质以及全系统的配置成本大幅下降，也大大降低整套系统的运行风险。等离激元催化技术与集热储热技术的耦合，在充分高效利用太阳能及工业余热等其他各类低位余热的同时，还能减少二氧化碳的排放，生产出附加值较高的化学品，为碳中和清洁能源领域带来革命性和颠覆性的改变，对面临减碳和能源双重压力的中国更是具有重大战略意义。-End-参考文献
.IRENA()，创新前景：储热，国际可再生能源署(IRENA)，阿布扎比。ISBN：-92---7
2.叶峰,储热技术：提升热能综合利用效率,-5-5,中国科学报。
3.张鑫，年中国余热发电行业市场现状分析，
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