Soojuse salvestamise tehnoloogia: parandage soojusenergia igakülgse kasutamise efektiivsust
Praegu on paljudes energiakasutussüsteemides vastuolu energiapakkumise ja nõudluse mittevastavuse vahel, mille tagajärjeks on ebamõistlik energiakasutus ja suur hulk jäätmeid. Energiatõhusus, nagu päikeseenergia ja tööstuslik heitsoojus, on madal, mis mitte ainult ei raiska ressursse, vaid põhjustab ka ilmastikukeskkonda märkimisväärset soojussaastet.
Sel põhjusel on energia muundamise ja kasutamise parandamine muutunud oluliseks probleemiks, mida riigid peavad säästva arengu strateegiate elluviimisel prioriteediks seadma, ning soojussalvestustehnoloogia arendamine soojusenergia igakülgseks ja tõhusaks kasutamiseks on ülimalt oluline.
Saadaval rikkalikult ressursse
Päikeseenergia on taastuvatest energiaallikatest kõige olulisem baasenergiaallikas. See on"ammendamatu ja ammendamatu" ja on laialt levinud ja saastevaba. See on ökonoomne puhas energia. Päike suudab eraldada energiat 391×1021 kW sekundis. Isegi kui maapinnale kiiratav energia moodustab sellest vaid ühe kuni 2,2 miljardindiku, võrdub see 80 000-kordse maailma elektritootmisega'. minu riik on päikeseenergia poolest suhteliselt rikas riik. Rohkem kui kahes kolmandikus riigist on aastane päikesekiirgus üle 6 GJ·m2 ja aastased päikesepaistelised tunnid üle 2200 tunni. Maa' pinnale saadav aastane päikesekiirgus minu riigis on umbes 50 × 1019 kJ, mis võrdub 170 miljardi tonni standardse kivisöega. Sellised külluslikud päikeseenergia ressursid loovad head tingimused ka minu riigi' päikeseenergia tootmise arendamiseks ja kasutamiseks. Tööstuslik heitsoojus pärineb peamiselt sellistest tööstusharudest nagu metallurgia, ehitusmaterjalid ja kemikaalid. 2010. aasta statistika näitas, et tööstusliku jääksoojuse ressursid moodustasid kuni 67% kogu kütusesoojusest, millest taaskasutusmäär ulatus 60%-ni. Jääksoojusressursside üldine kasutusmäär minu riigis on aga madal ning suurte raua- ja teraseettevõtete heitsoojuse kasutusmäär on umbes 30%. ~50%.
Minu kodumaal on tööstuslike heitsoojusressursside kasutusmäära osas palju arenguruumi. Võtke näiteks metallurgiatööstus. 2010. aastal oli minu riigi toorterase toodang 627 miljonit tonni. Toodetud suitsugaasides sisalduv energia oli võrdne 30 miljoni tonni standardsöega, toodetud terasräbu kogus oli ligikaudu 280 miljonit tonni ning sisalduv soojusenergia võrdus 10 miljoni tonni standardsöega. . Praegu on suitsugaaside heitsoojuse kasutusmäär kodumaistes raua- ja teraseettevõtetes ligikaudu 30% ning raua- ja terasräbu jääksoojuse kasutusmäär on peaaegu null. Kui suitsugaaside heitsoojuse ärakasutamist suudetakse tõsta 90%-ni ja terasräbu jääksoojuse kasutusmäära tõsta 60%-ni, saab igal aastal säästa 21,6 miljonit tonni tavalist kivisütt, CO2 emissiooni vähenemine ligikaudu 50 miljonit. tonni ja saab toota 3,3 miljardit kWh elektrienergiat.
On näha, et heitsoojuse taaskasutamine on minu riigi'. energiastrateegia suur nõudlus, millel on mõõtmatut majanduslikku kasu ning millel on suur tähtsus minu riigi'. majandusarengule ja sotsiaalsele progressile. ja riiklik energiajulgeolek. Olgu tegu päikeseenergia või tööstuslike heitsoojusressurssidega, esineb aga katkendlikke ja ebastabiilseid probleeme, mis takistavad tõsiselt seotud tehnoloogiate edendamist ja rakendamist.
Kiiresti vaja keskmise ja kõrge temperatuuriga varjatud soojuse salvestamise tehnoloogiat
Soojuse salvestamise tehnoloogia kasutamine võib leevendada vastuolu soojusenergia pakkumise ja nõudluse vahel nii ajas, intensiivsuses kui ka ruumis ning on oluline vahend soojusenergiasüsteemide optimeerimiseks. Soojuse salvestamine hõlmab peamiselt kolme vormi: mõistlik soojussalvestus, varjatud soojuse salvestamine ja keemilise reaktsiooni soojuse salvestamine.
Keemilise reaktsiooni soojuse salvestamine on oma keerulise süsteemi, tehniliste raskuste ja halva töövõime tõttu endiselt eksperimentaalse uurimise staadiumis; kuigi mõistlikku soojussalvestustehnoloogiat on laialdaselt kasutatud, on soojuse salvestamise põhjuseks madal soojussalvestustihedus soojust salvestavate materjalide mahuühiku kohta. Suur materjalide hulk muudab suure mahutavusega soojussalvestussüsteemi mahukaks, protsessi keeruliseks ja kulukaks. .
Varjatud soojuse salvestamine tähendab soojuse salvestamiseks ja vabastamiseks soojust salvestava materjali faasimuutusprotsessis vabanenud või neeldunud varjatud soojust. Võrreldes mõistliku soojussalvestustehnoloogiaga on varjatud soojuse salvestamise eeliseks suur soojuse salvestamise tihedus ruumalaühiku kohta ning sellel on suurem energia neeldumine ja vabanemine faasisiirde temperatuurivahemikus ning säilitamise ja vabastamise temperatuurivahemik on kitsas, mis on kasulik. laadimiseks ja vabastamiseks Termilise protsessi temperatuur on stabiilne.
Energia muundamise efektiivsuse parandamiseks ja kulude vähendamiseks liigub päikesesoojuse kasutamise tehnoloogia kõrgemate töötemperatuuride poole. Soojuselektri tootmise töötemperatuur on ületanud 600°C ja ka suure hulga tööstusliku heitsoojuse temperatuur on väga kõrge (näiteks konverteri suitsugaaside temperatuur on 1600°C. umbes).
Kõik need peavad kiiresti uurima ja arendama keskmise ja kõrge temperatuuriga varjatud soojuse salvestamise tehnoloogiaid. Kuigi paljud teadlased nii kodu- kui ka välismaal on pikka aega läbi viinud erinevatel tasanditel, näiteks materjalide ja protsesside uuringuid, ei ole siiani veel stabiilselt töötavat küpset keskmise ja kõrge temperatuuriga varjatud soojussalvestussüsteemi.
Pärast seda, kui paljud kodumaised ja välismaised uurimisüksused on selles valdkonnas aastaid põhjalikult uurinud, koos kodumaise ja välismaise tehnoloogiaarenduse praeguse olukorra ja suundumustega, arvatakse, et keskmise ja kõrge temperatuuriga varjatud soojuse salvestamise tehnoloogia seisab peamiselt silmitsi järgmiste probleemidega. lahendamata probleeme.
Esiteks napib keskmise ja kõrge temperatuuriga varjatud soojust salvestavaid materjale, millel on kõikehõlmavad omadused nagu kõrge soojussalvestustihedus ja tugev soojusjuhtivus. Varjatud soojussalvestustehnoloogia aluseks on faasimuutusmaterjalid. Praegu on parafiinvahal ja hüdraatsoolal põhinevate madala temperatuuriga soojust salvestavate materjalide (<100°c) uurimine="" olnud="" ulatuslik="" ning="" seda="" on="" rakendatud="" ka="" ehituse="" ja="" rõivaste="" valdkonnas.="" siiski="" on="" endiselt="" puudu="" keskmise="" ja="" kõrge="" temperatuuriga="" soojust="" salvestavatest="" materjalidest,="" eriti="" kõrge="" temperatuuriga="" faasimuutussoojust="" salvestavatest="" materjalidest="" sulamistemperatuuriga="">600°C.
Teiseks on keskmise ja kõrge temperatuuriga faasimuutuse soojust salvestavad materjalid peamiselt anorgaanilised soolad ja sulamid. Ühest küljest nõuab kandidaatmaterjalide valimine materjali faasisiirdeprotsessi termodünaamika ja kineetiliste mehhanismide põhjalikku mõistmist. Teisest küljest on vaja paljastada mikrostruktuuri mõju materjalide soojusomadustele kahest aspektist: tõhustatud soojusülekanne ja tõhus soojuse salvestamine.
Lisaks on keskmise ja kõrge temperatuuriga faasimuutusmaterjalide uurimisel asendamatuks sisuks ka vedel-tahke faasimuutusmaterjalide kapseldamine ja termiliste omaduste halvenemine hooldusprotsessi käigus. See on sageli selliste materjalide uurimise ja arendamise kitsaskoht. Arendatakse suure jõudlusega soojust salvestavaid materjale
Paljud teadlased kodu- ja välismaal on uurinud metalle kui soojust salvestavaid materjale. 1980. aastal avaldasid Birchenall jt. mõõtis ja analüüsis Al-, Cu-, Mg-, Si- ja Zn-st koosnevate kahe- ja kolmekomponentsete sulamite termofüüsikalisi omadusi, mida maakeral leidub rohkesti, ning leidis, et faasisiirdetemperatuur jääb vahemikku 780–850 K ja Si-rikas. Või Al-sulamitel on kõrgeim soojussalvestustihedus ja seejärel on alumiiniumi ja ränipõhiste sulamite faasimuutussoojust salvestavaid materjale põhjalikult uuritud.
Anorgaanilistel soolamaterjalidel on lai valik allikaid, suured faasimuutuse entalpia väärtused ja mõõdukad hinnad ning need sobivad eriti hästi kasutamiseks keskmise ja kõrge temperatuuriga faasimuutuse soojust salvestavate materjalidena. Teadlased uurisid sulasoola termofüüsikalisi omadusi, mille temperatuur on kõrgem kui 450 ℃, ja laiendasid anorgaanilise eutektilise soola kasutamist temperatuurivahemikus 220 ℃ kuni 290 ℃ päikesesoojusenergia tootmise valdkonnas ning läbisid sellised katsed nagu diferentsiaal. skaneeriv kalorimeetria. Meetod, mõõdeti sula soola termofüüsikalisi omadusi.
Lisaks ületab paljude sulasoolasüsteemide mahumuutuse kiirus enne ja pärast faasimuutust 10%. Suurem mahumuutuse kiirus suurendab sulasoola faasimuutusmaterjali süsteemis tühimikke, mõjutab soojuse salvestamise/eraldumise kiirust ja suurendab soojuse salvestamist. Süsteemi seadmete projekteerimise keerukus vähendab soojuse salvestamise efektiivsust. Sel põhjusel on teadlased uurinud sulasoola faasimuutuse soojust salvestavate materjalide kokkusobivust roostevaba terasega ning tulemused näitavad, et roostevaba teras omab enamiku sulasoolade puhul head korrosioonivastast toimet.
Samal ajal kolmekomponentsete alumiiniumipõhiste sulamite faasimuutusmaterjalide tsükli jõudlus ja ühilduvus mahutitega; fluoriidi sulasoolade kokkusobivus koobalti, nikli ja tulekindlate metallide elementidega legeerterastega; liitiumhüdroksiidi kokkusobivus struktuursete sulamite materjalidega Muus osas on teadlased läbi viinud ka uuringuid.
Kuigi keskmise ja kõrge temperatuuriga faasimuutussoojust salvestavate materjalide uurimisel on saavutatud mõningaid tulemusi, on metallide ja sulamite faasimuutusmaterjalide maksumus kõrge ning soojuse salvestamise tihedus massiühiku kohta on piiratud. Lisaks on metallisulamite faasimuutusmaterjalide keemiline aktiivsus pärast faasimuutust tugevam. , Tugev kõrgtemperatuuriline korrosioon piirab oluliselt selle laialdast kasutamist keskmise ja kõrge temperatuuriga soojuse salvestamise valdkonnas.
Faasimuutussoojust salvestava materjalina on sulasoolal suur faasimuutuse entalpia, kõrge soojussalvestustihedus ja mõõdukas hind. Sellel on suur arengupotentsiaal keskmise ja kõrge temperatuuriga soojussalvestusrakenduste valdkonnas. Sulasoolal on aga halb soojusjuhtivus ja metallisulami faasimuutusmaterjalide kõrge temperatuuriga korrosiooniprobleemid, mis on endiselt probleem, mis piirab selle kasutamist.
Seetõttu on suure jõudlusega soojussalvestavate materjalide ja nende valmistamismeetodite väljatöötamine kesk- ja kõrge temperatuuriga soojussalvestavate materjalide uurimisel vältimatu suundumus ning vältimatu tee soojussalvestamise tehnoloogia arendamiseks.
Päikeseenergia hajumine, tööstuslik heitsoojus, suur energiavahemik ja taastuvenergia vahelduv olemus nõuavad kõik keskmise ja kõrge temperatuuriga faasimuutuse soojussalvestustehnoloogiat.
Suuremahulise soojussalvestustehnoloogia uurimistöö hõlmab materjaliteaduse, keemiatehnika, masinaehituse, soojus- ja massiülekande ning mitmefaasilise voolu ristumiskohta.
Kõrge jõudlusega keskmise ja kõrge temperatuuriga faasimuutussoojuse salvestamise materjalide väljatöötamine on keskmise ja kõrge temperatuuriga soojuse salvestamise valdkonnas väga oluline, eriti päikeseenergia tootmise, tööstusliku heitsoojuse taaskasutamise ja muudes valdkondades.
