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相变储能技术介绍及其展望

能动学院
能动A02
王来升
2010201104

相变储能技术介绍及其展望

摘要：相变储能材料作为一种提高能源利用稳定性以及效率的技术越来越受到人们重视，如何有效的对相变储能技术进行研究越来越受到人们的重视。
关键词：相变材料；应用；展望
0引言：
能源是人类赖以生存的基础。随着人类生活以及生产活动的高速发展，我们对能源的需求量越来越大，而化石能源的日益枯竭、能源利用带来的污染问题却越来越严重。如何提高能源的利用效率、最大限度的利用低品位能源、开发可利用的新能源成为当今社会的研究热点。
自20世纪七十年代石油危机后，热能存储技术在工业节能和新能源利用领域日益受到重视，在我国2000年前后，全面实行分时计度电价政策后，相变储能技术便成为工业和民用的热点，尤其是随着太阳能、风能和海洋能等间歇性绿色能源的发展，相变储能技术越来越受到人们的重视。
相变储能技术的发展概况
1.1国外相变储能技术的发展概况
20世纪六十年代，美国国家航空航天局就非常重视相变技术在航天领域的应用用。1980年美国Birchenall等提出采用合金作为相变材料[1]，提出了三种典型状态平衡图和二元合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法。1991年德国Gluck和Hahne等利用Na2SO4/SiO2制成高温蓄热砖，并建立太阳能中央收集塔的蓄能装置[2]。2001年Faird等以CaCl2-6H2O作为相变材料采用微胶囊技术封装制备了相变储能地板[3]。2006年Hammou等设计了一个含有相变材料的混合热储能存储系统[4]。
1.2国内相变储能技术的发展概况
在我国，二十世纪七十年代末、八十年代初，中国科技大学、华中师范大学、中国科学院广州能源研究所等单位就开始了对无机盐、无机水合盐、金属等相变材料的理论和应用作了详细的研究工作。西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共同利用西藏盐湖盛产的芒硝和硼砂等无机水合盐类矿产加入独特的悬浮剂等成功研制出太阳能高密度储热材料[5]。林怡辉，张正国等人采用溶胶—凝胶法[6]，采用二氧化硅作母材，有机酸作相变材料，合成复合相变材料。二浙江大学王永川等人对相变储能材料及其实际应用作了大量相关概述。
2.相变储能技术概念及特点
2.1储能技术分类
（1）显热储能：利用物质的热容量，通过温度变化存取能量。
（2）潜热储能（即相变储能）：通过相变，在恒温条件下吸收、释放热量，包括固-液相变、固-固相变、液-气相变、固-气相变。
（3）化学反应储热：利用可逆化学反应过程中的热效应存摄热量。
2.2相变储能材料分类及相关介绍
2.2.1相变储能材料要求[7]
（1）储热密度大。显热材料热容大；潜热材料相变潜热大；化学储热材料反应热效应大。
（2）稳定性好。单组分材料不易挥发、分解；多组分材料各组分间结合牢固，不发生离析。
（3）无毒、无腐蚀、不易燃易爆。
（4）导热系数大便于热能的存取。
（5）不同状态间转化时体积变化要小。
（6）合适的使用温度
2.2.2相变储能材料分类及介绍[8]
（1）固-气相变材料
（2）液-气相变材料（这两种材料一般不用）
（3）固-液相变储能材料
固液相变储能材料研究起步比较早，是现行研究中相对成熟的一类相变材料。其原理是，固-液相变储能材料在温度高于材料的相变温度时，物相由固态变为液态，吸收热量；当温度低于材料的相变温度时，物相由液态变为固态，放出热量。该过程为可逆过程，因此材料可以重复使用。且它具有成本低、相变潜热大、相变温度范围较宽等优点。目前国内外研究的作为固-液相变储能材料主要包括无机类和有机类两种。
（4）固-固相变储能材料
固-固相变储能材料是由于相变发生前后固体的晶体结构的改变而吸收或释放热量的，因此，在相变过程中无液相产生，相变前后体积变化小，无毒、无腐蚀，对容器的材料和制作技术要求不高，过冷度小，使用寿命长。目前研究的固-固相变储能材料主要是无机盐类、多元醇类和交联高密度聚乙烯。
3.相变储能同其他储能方式的比较以及几种相变储能方式的比较
3.1相变储能同其他储能方式的比较
同其他储能方式比较，相变储能方式有以下优点（1）相变储能材料相变时体积变化较小，且能量密度高，可在较小的空间储存大量的能量。（2）可重复利用，性能较稳定。（3）物质相变时在等温或接近等温的条件下发生，因此在蓄热和放能的过程中，温度和热流基本恒定。
当然相变储能方式同其他储能方式比较，其研究起步晚，技术还不成熟还存在着很多缺点比如：有些相变储能材料在多次利用后性能会发生改变，无法继续使用，此外相变储能材料成本相对较高，是目前利用的一大瓶颈。
3.2几种相变储能方式的比较[9]
固-液相变材料主要优点是价格便宜，但是存在过冷和相分离现象，从而导致储能不理想：易产生泄露