熱化學(xué)儲熱技術(shù)是海內(nèi)外儲熱領(lǐng)域的重點研發(fā)方向
發(fā)布時間：
2020-07-28
今年1月3日，北京熱力基于熱化學(xué)儲熱的第三代儲熱技術(shù)研究與示范技術(shù)開發(fā)服務(wù)采購項目中標(biāo)結(jié)果公布，北京科技大學(xué)以185萬元投標(biāo)價中標(biāo)。據(jù)悉， 北京工業(yè)大學(xué)和北京天約敬成機電設(shè)備有限公司等多家單位也參與了該項目投標(biāo)。
熱化學(xué)儲熱技術(shù)是指利用化學(xué)變化過程中熱量的儲存和釋放達到熱能儲存目的的一種技術(shù)，可以實現(xiàn)熱能季節(jié)性存儲和長距離運輸，在工業(yè)余熱的利用、太陽能熱儲存以及化學(xué)熱泵等方面具有極大的應(yīng)用價值，被視為是儲熱技術(shù)未來發(fā)展的重點方向。
但熱化學(xué)儲熱技術(shù)儲放熱過程較難控制，化學(xué)反應(yīng)與傳熱的匹配存在問題，穩(wěn)定性有待進一步的測試，與已實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的顯熱儲熱和相變儲熱相比，熱化學(xué)儲熱技術(shù)多處于實驗室驗證階段。當(dāng)前包括中國、美國在內(nèi)的多國相關(guān)科研機構(gòu)正在開展相關(guān)研究。
據(jù)了解，上述北京熱力熱化學(xué)儲熱技術(shù)研究項目為科技攻關(guān)項目，項目聚焦基于熱化學(xué)儲熱的第三代儲熱技術(shù)的三個關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題開展研究：基于熱化學(xué)儲熱技術(shù)的制熱與儲熱；中低溫非穩(wěn)態(tài)反應(yīng)系統(tǒng)的流動與傳熱以及熱化學(xué)儲熱系統(tǒng)的傳熱強化。該研究項目的啟動，將進一步推動我國熱化學(xué)儲熱技術(shù)的研發(fā)進展。
此外，上海交通大學(xué)等國內(nèi)多個高校已經(jīng)對熱化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)等多個關(guān)鍵問題進行了研究，取得了眾多實驗經(jīng)驗與研究結(jié)果。
而在國外，多家機構(gòu)目前已針對熱化學(xué)儲能體系反應(yīng)物系的性能優(yōu)化、儲能系統(tǒng)的設(shè)計、反應(yīng)床的強化傳熱傳質(zhì)、循環(huán)的性能等做了大量研究，建立了許多熱化學(xué)儲能實驗樣機。
通常而言，熱化學(xué)儲能體系主要包括氧化還原體系、金屬氫化物體系、碳酸鹽分解體系、氨分解體系、甲烷重整體系和無機氫氧化物體系。其中，典型的氣固反應(yīng)體系Ca(OH)_2/CaO，原材料廉價易得、環(huán)境友好且儲熱容量較高，被認(rèn)為是最具潛力的中高溫?zé)峄瘜W(xué)儲能體系之一。
2016年5月，美國俄勒岡州立大學(xué)和佛羅里達大學(xué)的科研人員合作推出一種新型熱化學(xué)儲能系統(tǒng)，可用于存儲和釋放太陽能。相比傳統(tǒng)儲熱設(shè)備，美國科研人員改進后的儲能方案新增一種類似電池的熱化學(xué)儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)在“充電”期間，碳酸鍶在太陽熱能作用下，分解成氧化鍶和二氧化碳。當(dāng)“放電”時，氧化鍶和二氧化碳會發(fā)生合成，同時釋放出儲存的熱量。該儲能系統(tǒng)的材料易獲得、不易燃且綠色環(huán)保，使用這些材料合成的化合物運行溫度高達1200攝氏度，儲熱效率比現(xiàn)有儲熱系統(tǒng)高兩倍。
在瑞典，SaltX技術(shù)公司在推動熱化學(xué)儲熱技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用上已走在前列。瑞典SaltX技術(shù)公司成立于2001年，其推出的新型鹽晶儲能技術(shù)主要利用鹽晶體及其溶液在不同溫度作用下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來進行儲存與釋放能量，可應(yīng)用于光熱發(fā)電、太陽能制冷和空調(diào)領(lǐng)域，使能耗及儲能成本降低約33%。目前，該公司已與美國通用電氣、瑞美制造和阿法拉伐等公司建立合作關(guān)系，并提供新型儲能解決方案。
總體來看，熱化學(xué)蓄熱溫度范圍高，蓄熱密度較大，但是工藝復(fù)雜并且技術(shù)成熟度低，還需要進行反應(yīng)速率和傳熱性能的良好匹配，值得進一步研究，隨著難題的逐漸解決，其應(yīng)用前景將十分廣闊。
