储热功能不可替代 选择合适的储能技术至关重要
发布者:xylona | 来源:中国清洁供热平台讯 | 0评论 | 336查看 | 2019-09-04 09:31:00    

中国清洁供热平台讯:“储热是能量型的储能技术,因为热和冷占终端需求的比例很高,因而储热具有很强的竞争力和巨大的应用前景,但所受到的重视程度需要加强。”在8月29~30日由中国清洁供热平台主办的2019首届中国清洁供热蓄热论坛上,英国伯明翰大学丁玉龙教授和中科院过程所黄云研究员共同做了题为“热能存储技术研究进展 – 从材料到系统集成与商业应用”的报告。


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图:黄云作主题报告


中国近几年储热装机约4GW 发展前景巨大


由于能量的不同存在形式以及不同的用途,发展了数种不同储能技术,我们应该认识到储能不仅仅是储电,全球90%的能源预算围绕热能的转换,输送和存储,储热应该也必将在未来能源系统中起重要作用。


然而,储热虽然具有很强的竞争力和巨大的应用前景,所受到的重视程度却仍需要加强。据报告统计介绍,全球储能方向所发表的文章主要在锂离子电池和储热两个方向,这两个储能技术方向在2009年以前每年发表的文章数相当,但到2015年锂离子电池方向的文章总数约为3500篇,是储热方向文章数的3.5倍。而从近十年的专利趋势来看,锂电子方向现有专利数远超出储热方面专利,在2006年到2015年间的增速同样超出储热方向,可见储热在近年全球储能发展中还未得到爆发增长,与抽水蓄能等其他成熟的储能技术相比,还处于刚刚起步到初步应用的阶段。


不过,根据最新数据统计,储热的体量已经有所上升,最新的全球统计数据显示,储热在储能中占的比例越来越高,储热装机已经达到14GW。同时因近几年中国清洁供暖的需求,过去几年中国已有约4GW以上的储热装机。总的来看,全球储能的市场接近千亿美元量级,其中中国也具有很大的市场空间。


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图:全球储能装机情况


储热功能不可替代 需选择合适的储能技术


关于为何要储能的问题,报告认为,以电力系统为例,常规的电力系统发电负荷率和发电利用率较低,可再生能源因为有间歇性、波动性,所以也需要储能,而分布式区域供能和大型核电同样也有调峰需求,因此增加储能系统就可以提高系统的安全性、增加效率,在经济性方面也会有所提升。


在众多储能技术中,储能技术没有最好的,只有最合适的,储热是二次能源,也是连接一次能源和二次能源的纽带,能源的终端应用形式中,热能约占70%,因此储热集成应用的益处在很多情况下是其他任何储能技术不能实现的。


例如在传统煤电中,系统储热动态响应的制约点在前端,磨煤/输送/燃烧,附加储热可以大幅度提高系统响应速度。储热还是太阳能热发电和压缩空气/液态空气储能技术的关键,也是目前解决我国三北地区弃风问题(冬季供暖)和南方夏季空调制冷的最有效方法之一。此外,在工业余热中,大于30%的能量以废热的方式被排放出去,这部分的余热同样可以通过合适的储热技术加以应用。


储热未来发展面临技术与科学挑战


当前储热技术主要可分为四类:显热储热、潜热储热、吸附/吸收的热化学储热、可逆反应的热化学储热。据报告介绍,除显热储热已经使用百年以上,潜热储热(相变储热)才刚刚开始使用,其他两类热化学技术还处于研发初期。


在当前储热技术发展中,储热技术在从材料、单元与装置、优化与集成等方面面临着多项挑战。在储热材料方面,当前需要追求更高能量密度、更宽温域、更长寿命、更高经济性的材料,为适应太空技术需求,储热材料需要往低温方向拓展,在高温区同样也需适应更高的温度以满足更多应用场景需求,拓展温区实现-200~1500℃。


在单元与装置方面,材料模块和单元需要进一步优化设计与排列组装,实现储热换热装置的优化设计以及材料模块、单元、储热换热装置的规模化制造。


在系统集成与优化方面,需要注意能源系统集成储热技术的复杂动力学,系统动态模拟与优化,以及复杂系统的动态控制。


储热的基础理论研究涵盖从材料到单元操作再到系统的宽广尺度范围,其挑战在于建立一个一个跨尺度的反馈机制,获得从材料特性到系统性能的关联关系,其中包括理解跨尺度的多相输运现象,从而建立分子层面特性与系统性能的关系。

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