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热化学储热技术是海内外储热领域的重点研发方向

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热化学储热技术是海内外储热领域的重点研发方向

【摘要】:

今年1月3日,北京热力基于热化学储热的第三代储热技术研究与示范技术开发服务采购项目中标结果公布,北京科技大学以185万元投标价中标。据悉,北京工业大学北京天约敬成机电设备有限公司等多家单位也参与了该项目投标。

 

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,可以实现热能季节性存储和长距离运输,在工业余热的利用、太阳能热储存以及化学热泵等方面具有极大的应用价值,被视为是储热技术未来发展的重点方向

 

但热化学储热技术储放热过程较难控制,化学反应与传热的匹配存在问题,稳定性有待进一步的测试,与已实现商业化应用的显热储热和相变储热相比,热化学储热技术多处于实验室验证阶段。当前包括中国、美国在内的多国相关科研机构正在开展相关研究。

据了解,上述北京热力热化学储热技术研究项目为科技攻关项目,项目聚焦基于热化学储热的第三代储热技术的三个关键科学与技术问题开展研究:基于热化学储热技术的制热与储热;中低温非稳态反应系统的流动与传热以及热化学储热系统的传热强化。该研究项目的启动,将进一步推动我国热化学储热技术的研发进展。

 

此外,上海交通大学等国内多个高校已经对热化学反应动力学等多个关键问题进行了研究,取得了众多实验经验与研究结果。

 

而在国外,多家机构目前已针对热化学储能体系反应物系的性能优化、储能系统的设计、反应床的强化传热传质、循环的性能等做了大量研究,建立了许多热化学储能实验样机。

 

通常而言,热化学储能体系主要包括氧化还原体系、金属氢化物体系、碳酸盐分解体系、氨分解体系、甲烷重整体系和无机氢氧化物体系。其中,典型的气固反应体系Ca(OH)_2/CaO,原材料廉价易得、环境友好且储热容量较高,被认为是最具潜力的中高温热化学储能体系之一。

 

2016年5月,美国俄勒冈州立大学和佛罗里达大学的科研人员合作推出一种新型热化学储能系统,可用于存储和释放太阳能。相比传统储热设备,美国科研人员改进后的储能方案新增一种类似电池的热化学储能系统,该系统在“充电”期间,碳酸锶在太阳热能作用下,分解成氧化锶和二氧化碳。当“放电”时,氧化锶和二氧化碳会发生合成,同时释放出储存的热量。该储能系统的材料易获得、不易燃且绿色环保,使用这些材料合成的化合物运行温度高达1200摄氏度,储热效率比现有储热系统高两倍。

 

在瑞典,SaltX技术公司在推动热化学储热技术的商业化应用上已走在前列。瑞典SaltX技术公司成立于2001年,其推出的新型盐晶储能技术主要利用盐晶体及其溶液在不同温度作用下,发生化学反应来进行储存与释放能量,可应用于光热发电、太阳能制冷和空调领域,使能耗及储能成本降低约33%。目前,该公司已与美国通用电气、瑞美制造和阿法拉伐等公司建立合作关系,并提供新型储能解决方案。

 

总体来看,热化学蓄热温度范围高,蓄热密度较大,但是工艺复杂并且技术成熟度低,还需要进行反应速率和传热性能的良好匹配,值得进一步研究,随着难题的逐渐解决,其应用前景将十分广阔