第雙罐蓄熱系統(tǒng)技術(shù)研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u25032雙罐蓄熱系統(tǒng)技術(shù)研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 1320121.1儲熱技術(shù)以及儲熱材料現(xiàn)狀 1272821.2雙罐蓄熱系統(tǒng)以及單罐蓄熱系統(tǒng) 299191.3國外研究現(xiàn)狀 4235351.4國內(nèi)研究現(xiàn)狀 422375參考文獻(xiàn) 51.1儲熱技術(shù)以及儲熱材料現(xiàn)狀儲熱技術(shù)是一種逐步發(fā)展的技術(shù)，它利用儲熱材料作為儲存熱能的手段，將熱能儲存起來，一般利用這種技術(shù)的都是那種不能全時(shí)發(fā)電的，像是本文研究的太陽能光熱發(fā)電，我還查到的有利用地?zé)崮艿陌l(fā)電站，可以把多余的熱量收集起來，等需要的時(shí)候再用。這種技術(shù)它可以用于解決熱能供需“供不應(yīng)求”的問題，最大限度地提高整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率。儲熱技術(shù)的開發(fā)和實(shí)施是技術(shù)上的進(jìn)步，也是我們最大化利用上的進(jìn)步，可以在以前不能發(fā)電的時(shí)候繼續(xù)發(fā)電，這樣可以有效提高能源的綜合利用水平。因?yàn)閮峒夹g(shù)熱能儲存、余熱回收等很多領(lǐng)域，有很大的應(yīng)用價(jià)值，可以大大減少成本，因此研究價(jià)值大大地提高了，研究的人也變多了。近年來，無論是國內(nèi)還是國外，太陽能儲能方式基本都有兩種：第一種是太陽能直接儲能，就是將太陽能直接收集，比如利用材料的變化來儲熱，比如相變儲能等方法來儲能；最近也多了一種儲能方式，就是化學(xué)儲能。還有一種方法是將太陽能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，例如先轉(zhuǎn)化成電能和機(jī)械能，然后把這個(gè)轉(zhuǎn)化后的能量收集儲存起來，隨后等需要時(shí)再轉(zhuǎn)換回來。直接儲存太陽能的話，儲熱材料也分為許多種類。顯熱儲熱材料利用材料本身的溫度變化來儲存和釋放熱量，直接進(jìn)行熱交換。顯熱儲熱就是溫度變化由儲熱材料自己決定，根據(jù)溫度的變化來進(jìn)行儲放熱，因而進(jìn)行熱量交換。基本上有兩種類型的顯性儲熱材料：固體儲熱材料和液體儲熱材料。常用的高溫儲熱材料有砂巖礦物油、混凝土、導(dǎo)熱油和液態(tài)鈉。優(yōu)點(diǎn)是材料原料豐富，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是依靠溫度變化進(jìn)行儲能，而且儲存密度低，所以儲熱體積大，效率低。高溫相變儲熱材料主原理是，在儲熱材料發(fā)生相變時(shí)，通過吸收熱量來儲存能量，當(dāng)需要時(shí)釋放熱量來釋放能量。高溫相變儲熱材料有鹽、金屬和合金、堿、混合鹽和氧化物這幾種。常用的高溫相變儲熱材料有硝酸鈉和硝酸鉀的混合鹽，氟化鋰和氟化鈣的混合鹽以及鋁基合金。高溫相變儲熱材料存在著一些潛在的安全問題，比如高溫、腐蝕，通常需要封裝才能應(yīng)用，并且價(jià)格昂貴。盡管如此，吸放熱過程易于控制、準(zhǔn)等溫、容易管理依舊是高溫相變儲熱材料的特點(diǎn)，這也是它作為重點(diǎn)研究的原因。熱化學(xué)反應(yīng)儲熱主要是基于可逆化學(xué)反應(yīng)，利用反應(yīng)熱。該領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用很少，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。比如氫氧化鈣分解為氧化鈣和水的可逆反應(yīng)，以及氨的可逆反應(yīng)[1]。這一些方式正在引起人們的關(guān)注。熱化學(xué)儲熱法的優(yōu)點(diǎn)是儲熱密度高，可以長期儲存，但在具體應(yīng)用中，需要考慮的因素也很多，有儲熱效果、系統(tǒng)氣密性、氣體附著在材料上引起的腐蝕等問題。1.2雙罐蓄熱系統(tǒng)以及單罐蓄熱系統(tǒng)目前，儲熱方法中較為成熟的技術(shù)是利用顯熱儲熱材料的雙罐熔鹽儲熱。其中，雙罐蓄熱器有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些明顯的缺點(diǎn)。首先是資源的浪費(fèi)，為了保證電廠的安全運(yùn)行，每個(gè)儲罐的容積設(shè)計(jì)為可以儲存整個(gè)電廠的儲熱介質(zhì)的容量。但是在實(shí)際運(yùn)行中，每個(gè)儲罐中的實(shí)際熔鹽量絕不會超過設(shè)計(jì)量的一半，導(dǎo)致電廠的儲熱成本很高。第二是大的安裝區(qū)域，為了滿足冷鹽和熱鹽的儲存，電廠必須同時(shí)使用兩個(gè)大型的儲熱罐，每一個(gè)還要必須能夠儲存電廠的所有儲熱液，直接影響就是占地面積大，儲熱罐建設(shè)和維護(hù)成本高。第三，抽水的要求很高。在雙罐系統(tǒng)中，需要更多的泵來循環(huán)蓄熱罐。圖1-2雙罐熔融鹽結(jié)構(gòu)示意雙罐蓄熱罐系統(tǒng)如此之多的缺點(diǎn)，讓更多中小型發(fā)電站考慮另外一種蓄熱罐：單罐融鹽蓄熱罐，近些年，也有更多的學(xué)者研究這種蓄熱罐。與雙罐蓄熱系統(tǒng)比較，單罐熔融鹽儲熱系統(tǒng)具有占地面積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。圖1-3為單罐熔融鹽蓄熱罐結(jié)構(gòu)示意，如下圖。圖1-3單罐熔融鹽蓄熱罐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意在單罐斜溫層儲熱系統(tǒng)中，傳熱和儲熱液體儲存在一個(gè)罐中，根據(jù)冷熱液體的不同溫度和密度原理形成溫度層，這就是我們說的斜溫層。熱的液體分布在上層，冷液體分布在下層。在熱交換過程中，溫斜層上下移動以儲存熱量和釋放熱量。圖1-4為單罐系統(tǒng)儲放熱過程的示意圖，詳情見下圖。在儲熱過程中，熔融鹽從頂部向下流入儲罐，這將替換儲罐中現(xiàn)有的冷液體，使其向下流動并返回外部。在放熱過程中，與之前相反，熱流體從罐頂排出，并通過能量回收循環(huán)作為冷流體返回罐底。由于斜溫層的頂部和底部特性不同，因此避免了對流時(shí)的混合，并充分利用了一個(gè)單罐的存儲系統(tǒng)。接下來，將一部分冷卻劑替換為廉價(jià)的固體填料（多孔介質(zhì)），用以填充單罐，這樣可以降低成本費(fèi)用。圖1-4單罐熔融鹽蓄熱罐儲放熱示意圖1.3國外研究現(xiàn)狀許多國外專業(yè)人員對單罐儲熱系統(tǒng)的研究很充分，比如傳熱與力學(xué)特性的相關(guān)分析，數(shù)值模擬并實(shí)操研究都取得了許多成果。重大研究如下所示：1982年，Abdoly和Rapp[26]對斜溫層理論進(jìn)行了研究，并且用水作為儲熱介質(zhì)。進(jìn)入21世紀(jì)后，PaCheco等人又以熔融鹽作為儲熱介質(zhì)進(jìn)行了分析研究，對斜溫層系統(tǒng)進(jìn)行了理論模擬和實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果證明這個(gè)是一個(gè)可行的儲熱方法[13]。Bharatha和Glatzmaier[27]在09年對熱和冷層壓熔融鹽的瞬間液體流動和傳熱進(jìn)行了分析，并且對填充物與換熱流體之間的傳熱計(jì)算。Flueckiger和Garimitary等人在2012年為了研究溫層罐的是否能循環(huán)運(yùn)行，進(jìn)行了模擬。Angsky和Luckus等人在2013年創(chuàng)建了一種全新的模型，這個(gè)模型和以前的區(qū)別就是固定了斜角，模型是一個(gè)二維的，并雙罐儲熱的比較了效率。最終，他們發(fā)現(xiàn)單罐效率比雙罐差。也是在這年，Balatiki和Rojeszt發(fā)明了單相的一維模型，該模型是斜溫層的儲熱罐的模擬，對無量綱速度是否會影響斜溫層薄厚和儲罐效率進(jìn)行了研究。之后的一年，Biebiter又和Rojeszt研究了操作斜溫層來控制儲熱放熱的最佳方法。在儲熱過程中，斜溫層的一部分保留在儲罐中，它會在放熱過程中完全排出去。也是這年，F(xiàn)ahafhvKhan和Briazx對球形斜溫層的儲熱也進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值分析。再之后，Arragaga和Zaveiey又對熔鹽的斜溫層儲熱器進(jìn)行了模型的建立。對之前文獻(xiàn)中相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了成功驗(yàn)證，并對之后的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了理論邊界條件的支撐。1.4國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國的許多研究人員也在不同程度地研究太陽能單罐儲熱系統(tǒng)。以楊震為代表的學(xué)者分析了斜溫層的性能以及放熱效率的快慢。李等人為了快速預(yù)測系統(tǒng)的儲熱性能，創(chuàng)建了多孔介質(zhì)與儲熱成間接關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。從二維模擬結(jié)果中，徐先生發(fā)現(xiàn)，熔融鹽的儲熱系統(tǒng)會伴隨斜溫層向上移動和放熱時(shí)，會產(chǎn)生一些不明顯的擴(kuò)散現(xiàn)象。另外，楊小平、陳彥龍等人也分析了單罐的儲熱系統(tǒng)，確定了相關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律，比如儲熱材料分布、導(dǎo)熱系數(shù)、流速、溫差與時(shí)間的關(guān)系。左遠(yuǎn)志提出的單罐斜溫層與儲熱系統(tǒng)相結(jié)合的新模型。他通過實(shí)操計(jì)算了入口溫度和工作溫差對熔鹽高溫梯度的儲放熱的影響。程友良課題組也把三元熔融狀態(tài)的硝酸鹽來當(dāng)做換熱流體，研究單罐斜溫層儲熱罐，使用Fluent仿真來研究這個(gè)模型，并比較罐內(nèi)熔融鹽的流動規(guī)律和傳熱特性。參考文獻(xiàn)[1]余抒陽.太陽能單罐熔鹽儲熱特性數(shù)值模擬研究[D].東北電力大學(xué),2020.[2]王小惠,何兆禹,徐超,杜小澤.斜溫層單罐儲熱同時(shí)蓄放熱過程動態(tài)特性模擬[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2019,39(20):5989-5998+6179.[3]何兆禹.斜溫層相變蓄熱實(shí)驗(yàn)研究[D].華北電力大學(xué)(北京),2019.[4]張夏.中低溫熔鹽儲熱系統(tǒng)的容量配置與熱力性能分析[D].華北電力大學(xué)(北京),2019.[5]孫曉麗,鹿院衛(wèi),崔錫民,于強(qiáng),吳玉庭,馬重芳.熔融鹽單罐儲熱系統(tǒng)釋熱傳熱規(guī)律研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2016,37(05):1032-1037.[6]郭蘇,楊勇,李榮,劉德有.太陽能熱發(fā)電儲熱系統(tǒng)綜述[J].太陽能,2015(12):46-49+42.[7]鹿院衛(wèi),杜文彬,吳玉庭,李小麗,馬重芳.熔融鹽單罐顯熱儲熱基本原理及自然對流傳熱規(guī)律[J].儲能科學(xué)與技術(shù),2015,4(02):189-193.[8]鹿院衛(wèi),吳玉庭,馬重芳.高溫熔鹽單罐儲熱中的自然對流傳熱規(guī)律研究[A].中國化工學(xué)會儲能工程專業(yè)委員會.第一屆全國儲能科學(xué)與技術(shù)大會摘要集.2014:2.210-211[9]耿直,苗億文,李仁鳳,張麗娜,馬震宇,張翔,王正鶴,劉浩晨,顧煜炯.單罐熔融鹽蓄熱裝置蓄熱特性數(shù)值模擬[J/OL].熱力發(fā)電:1-6[2020-12-24][10]左遠(yuǎn)志,李熙亞.熔融鹽斜溫層混合蓄熱單罐系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)研究[J].化工進(jìn)展,2007(07):1018-1022.[11]楊岑玉,胡曉,李雅文,邢作霞,高運(yùn)興,董佳儀,徐桂芝.流固耦合固體相變蓄熱建模與分析方法[J].儲能科學(xué)與技術(shù),2019,8(03):538-543.[12]施素麗,鹿院衛(wèi),于強(qiáng),吳玉庭.熔鹽單罐釋熱過程換熱器取熱方式優(yōu)選[J].化工學(xué)報(bào),2019,70(03):857-864.[13]楊小平,秦貫豐,楊曉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