Технология за съхранение на топлина: подобряване на ефективността на цялостното използване на топлинната енергия
Понастоящем в много системи за използване на енергия има противоречие между несъответствието между доставките и търсенето на енергия, което води до неразумно използване на енергия и голямо количество отпадъци. Енергийната ефективност като слънчевата енергия и промишлената отпадна топлина е ниска, което не само губи ресурси, но и причинява непренебрежимо топлинно замърсяване на атмосферната среда.
Поради тази причина подобряването на преобразуването и оползотворяването на енергията се превърна в основен проблем, който страните трябва да дадат приоритет за прилагане на стратегии за устойчиво развитие, а развитието на технология за съхранение на топлина за цялостно и ефективно използване на топлинната енергия е от първостепенно значение.
Изобилие налични ресурси
Слънчевата енергия е най-важният основен енергиен източник сред възобновяемите енергийни източници. То е [ГГ] quot;неизчерпаемо и неизчерпаемо [ГГ] quot; и е широко разпространена и без замърсяване. Това е икономична чиста енергия. Слънцето може да отдели енергия от 391×1021 kW в секунда. Дори ако енергията, излъчвана към повърхността на земята, е само една-2,2 милиарда от нея, тя е еквивалентна на 80 000 пъти повече от световното производство на електроенергия'. моята страна е относително богата страна на слънчева енергия. Повече от две трети от страната има годишна слънчева радиация от над 6 GJ·m2 и годишно слънчево греене над 2200 часа. Годишната слънчева лъчиста енергия, получавана от земната' повърхност в моята страна, е около 50×1019 kJ, което се равнява на 170 милиарда тона стандартни въглища. Такива изобилни слънчеви енергийни ресурси също осигуряват добри условия за развитието и използването на производството на слънчева енергия в моята страна'. Отпадната промишлена топлина идва главно от индустрии като металургия, строителни материали и химикали. Статистиката през 2010 г. показва, че топлинните ресурси от промишлени отпадъци представляват до 67% от общата топлина на гориво, от която степента на оползотворяване достига 60%. Въпреки това, общият коефициент на използване на отпадната топлина в моята страна е нисък, а коефициентът на използване на отпадната топлина от големите предприятия за производство на желязо и стомана е около 30%. ~50%.
Има много място за подобряване на степента на използване на топлинните ресурси от промишлени отпадъци в моята страна. Да вземем за пример металургичната индустрия. През 2010 г. производството на сурова стомана в моята страна беше 627 милиона тона. Енергията, съдържаща се в произведените димни газове, е еквивалентна на 30 милиона тона стандартни въглища, а количеството произведена стоманена шлака е приблизително 280 милиона тона, а съдържащата се топлинна енергия е еквивалентна на 10 милиона тона стандартни въглища. . Понастоящем коефициентът на оползотворяване на отпадната топлина на димните газове в битовите предприятия за производство на желязо и стомана е около 30%, а коефициентът на оползотворяване на отпадната топлина от желязо и стоманена шлака е почти нула. Ако степента на използване на отпадната топлина на димните газове може да се увеличи до 90% и степента на използване на отпадната топлина от стоманена шлака може да се увеличи до 60%, всяка година могат да бъдат спестени 21,6 милиона тона стандартни въглища, намаляване на емисиите на CO2 с около 50 милиона тона и могат да бъдат генерирани 3,3 милиарда kWh електроенергия.
Може да се види, че оползотворяването на отпадъчната топлина е основно изискване на енергийната стратегия на моята страна' с неизмерими икономически ползи и е от голямо значение за икономическото развитие на моята страна', социалния прогрес и националната енергийна сигурност. Въпреки това, независимо дали става въпрос за слънчева енергия или промишлени отпадъчни топлинни ресурси, има проблеми с периодичност и нестабилност, които сериозно възпрепятстват популяризирането и прилагането на свързани технологии.
Спешна нужда от технология за съхранение на латентна топлина със средна и висока температура
Използването на технология за акумулиране на топлина може да смекчи противоречието между предлагането и търсенето на топлинна енергия по отношение на време, интензитет и пространство и е важно средство за оптимизирана работа на топлоенергийните системи. Съхранението на топлина включва основно три форми: разумно съхранение на топлина, съхранение на латентна топлина и съхранение на топлина при химична реакция.
Химически реакционно съхранение на топлина все още е в етап на експериментално изследване поради сложната си система, техническа трудност и лоша работоспособност; въпреки че разумната технология за съхранение на топлина е широко използвана, съхранението на топлина се причинява от ниската плътност на съхранение на топлина на единица обем материали за съхранение на топлина Голямото количество материали прави системата за съхранение на топлина с голям капацитет обемна, сложна в процеса и висока цена .
Съхранението на латентна топлина е да се използва латентната топлина, освободена или погълната от процеса на фазова промяна на материала за съхранение на топлина за съхраняване и освобождаване на топлина. В сравнение с технологията за разумно съхранение на топлина, съхранението на латентна топлина има предимството на голямата плътност на съхранение на топлина на единица обем и има по-голямо поглъщане и освобождаване на енергия в температурния диапазон на фазовия преход, а температурният диапазон на съхранение и освобождаване е тесен, което е от полза за зареждане и освобождаване Температурата на термичния процес е стабилна.
За да се подобри ефективността на преобразуване на енергия и да се намалят разходите, технологията за оползотворяване на слънчевата топлина се придвижва към по-високи работни температури. Работната температура на производството на топлинна енергия е надхвърлила 600°C, а температурата на голямо количество промишлена отпадна топлина също е много висока (например температурата на димните газове на конвертора е около 1600°C).
Всички те спешно трябва да проучат и разработят технологии за съхранение на латентна топлина със средна и висока температура. Въпреки че много учени у нас и в чужбина са извършвали изследвания от различни нива като материали и процеси за дълго време, досега все още няма зряла система за съхранение на латентна топлина със средна и висока температура, която да работи стабилно.
След много години на задълбочени изследвания в тази област от много местни и чуждестранни изследователски звена, съчетани с текущото състояние и тенденциите на развитие на местни и чуждестранни технологии, се смята, че технологията за съхранение на латентна топлина за средна и висока температура се сблъсква главно със следното нерешени проблеми.
Първо, липсват материали за съхранение на латентна топлина със средна и висока температура с всеобхватни свойства като висока плътност на съхранение на топлина и силна топлопроводимост. Основата на технологията за съхранение на латентна топлина са материалите с фазова промяна. Понастоящем изследванията върху материали за съхранение на топлина при ниска температура (& lt;100°C) на базата на парафинов восък и хидратирана сол са обширни и се прилагат също в областта на строителството и облеклото. Въпреки това, материалите за съхранение на топлина със средна и висока температура, особено материали за съхранение на топлина с висока температура с фазова промяна с точка на топене> 600°C, все още липсват.
Второ, материалите за съхранение на топлина при средна и висока температура на фаза са главно неорганични соли и сплави. От една страна, изборът на кандидат-материали изисква задълбочено разбиране на термодинамиката и кинетичните механизми на процеса на фазовия преход на материала. От друга страна е необходимо да се разкрие влиянието на микроструктурата върху топлинните свойства на материалите от два аспекта: подобрен топлопренос и ефективно съхранение на топлина.
В допълнение, капсулирането на материали за смяна на фаза течност-твърда и влошаването на термичните свойства по време на процеса на обслужване също са незаменимо съдържание при изследването на материали за фазова промяна на средна и висока температура. Това често е проблем с тесни места в изследването и разработването на такива материали. Ще бъдат разработени високоефективни материали за съхранение на топлина
Много учени у нас и в чужбина са изследвали металите като материали за съхранение на топлина. През 1980 г. Birchenall et al. измерва и анализира топлофизичните свойства на бинарни и тройни сплави, съставени от Al, Cu, Mg, Si и Zn, които са в изобилие на земята, и установява, че температурата на фазовия преход е в диапазона от 780～850 K и е богата на Si. Или Al сплавите имат най-висока плътност на съхранение на топлина, а след това материалите за акумулиране на топлина на базата на алуминий и силиций на базата на фаза са проучени задълбочено.
Неорганичните солни материали имат широк спектър от източници, големи стойности на енталпията на фазовата промяна и умерени цени и са особено подходящи за използване като материали за съхранение на топлина със средна и висока температура. Изследователите изследват топлофизичните свойства на разтопената сол с температура по-висока от 450 ℃ и разширяват приложението на неорганична евтектична сол с температурен диапазон от 220 ℃ до 290 ℃ в областта на производството на слънчева топлинна енергия и преминават тестове като диференциални сканираща калориметрия. Метод, измерени са топлофизичните свойства на разтопената сол.
В допълнение, скоростта на промяна на обема на много системи от разтопена сол преди и след фазовата промяна надвишава 10%. По-голямата скорост на промяна на обема увеличава кухините в системата за смяна на фазата на разтопената сол, влияе върху скоростта на съхранение/отпускане на топлина и увеличава съхраняването на топлина. Трудността при проектиране на системното оборудване намалява ефективността на съхранение на топлина. Поради тази причина изследователите са проучили съвместимостта на материалите за съхранение на топлина с промяна на фазата на стопена сол с неръждаема стомана и резултатите показват, че неръждаемата стомана има добър антикорозионен ефект върху повечето стопени соли.
В същото време производителността на цикъла на материалите за фазова промяна на тройната алуминиева сплав и съвместимост с контейнери; съвместимостта на флуорни стопени соли с кобалт, никел и легирани стомани с огнеупорни метални елементи; съвместимостта на литиевия хидроксид със структурни сплави В други аспекти учените също са провели изследвания.
Въпреки че са постигнати някои резултати при изследването на материали за съхранение на топлина със средна и висока температура, цената на материалите за фазова промяна на метал и сплав е висока, а плътността на съхранение на топлина за единица маса е ограничена. В допълнение, химическата активност на материалите за фазова промяна от метална сплав е по-силна след фазовата промяна. , Тежката високотемпературна корозия значително ограничава широкото му приложение в областта на средно и високотемпературно съхранение на топлина.
Като материал за съхранение на топлина с промяна на фазата, стопената сол има голяма енталпия на фазовата промяна, висока плътност на съхранение на топлина и умерена цена. Той има голям потенциал за развитие в областта на приложенията за съхранение на топлина със средна и висока температура. Въпреки това, разтопената сол има лоша топлопроводимост и има сериозни проблеми с корозия при високи температури с материали за фазова промяна на метални сплави, което все още е проблем, който ограничава нейното приложение в мащаба.
Следователно разработването на високоефективни топлоакумулиращи материали и методи за тяхното получаване е неизбежна тенденция в изследването на средно- и високотемпературни топлоакумулиращи материали и неизбежен път за развитие на технологията за съхранение на топлина.
Разпръскването на слънчевата енергия, промишлената отпадна топлина, големият енергиен обхват и периодичният характер на възобновяемата енергия изискват технология за съхранение на топлина със средна и висока температура с фазова промяна.
Изследването на широкомащабна технология за съхранение на топлина включва пресечната точка на материалознанието, химическото инженерство, машиностроенето, преноса на топлина и маса и многофазния поток.
Разработването на високопроизводителни материали за съхранение на топлина със средна и висока температура с фазова промяна е от голямо значение за областта на средно и високотемпературно съхранение на топлина, особено за производство на слънчева топлинна енергия, оползотворяване на промишлена отпадъчна топлина и други области.
