太陽能高效存儲和能質傳遞修改

太陽能高效存儲與能質傳遞的機理和方法廖強低品位能源利用技術及系統(tǒng)教育部重點實驗室重慶大學當前1頁，總共36頁。一背景簡介二太陽能存儲技術三其中的熱物理問題四擬開展研究工作匯報提綱當前2頁，總共36頁。一背景簡介二太陽能存儲技術三其中的熱物理問題四擬開展研究工作匯報提綱當前3頁，總共36頁。優(yōu)勢

太陽能是免費的太陽能是可再生且環(huán)境友好的能源可以替代化石能源分布廣泛中國日照豐富背景簡介能源危機環(huán)境污染尋求可再生能源太陽能：一種最有前景的可再生能源當前4頁，總共36頁。太陽能在中國的分布太陽能產業(yè)發(fā)展迅速背景簡介全球可利用太陽能分布情況最典型的太陽能利用方式直接利用：光伏發(fā)電當前5頁，總共36頁。太陽能無法運輸穩(wěn)定可靠形式多樣化地域分布不均能量不穩(wěn)定直接或間接的能量傳輸無法保證能量供應的連續(xù)性太陽能存儲太陽能高效存儲的必要性太陽能直接利用存在的問題背景簡介當前6頁，總共36頁。太陽能儲存熱能儲存熱化學燃料儲存利用儲熱材料的熱容量，通過升高或降低材料的溫度而實現熱量的儲存或釋放的過程。利用儲熱材料在熱作用下發(fā)生相變而產生熱量儲存的過程。利用化學反應的反應熱的形式來進行儲熱顯熱儲存潛熱儲存反應熱儲存甲烷重整耦合化學反應蓄熱是一種非常有潛力的高溫蓄熱方式，太陽能熱驅動的甲烷重整可逆反應，煤氣化和化石燃料重整，化石燃料裂解等成為太陽能蓄熱的研究重點。背景簡介煤氣化化石燃料裂解當前7頁，總共36頁。一背景簡介二太陽能存儲技術三其中的熱物理問題四擬開展研究工作匯報提綱當前8頁，總共36頁。一背景簡介二太陽能存儲技術三其中的熱物理問題四擬開展研究工作匯報提綱當前9頁，總共36頁。熔融鹽（moltensalt）：熔融鹽是鹽的熔融態(tài)液體。形成熔融態(tài)的無機鹽其固態(tài)大部分為離子晶體，在高溫下熔化后形成離子熔體。該蓄熱方式對于提高太陽能光熱發(fā)電技術具有重要意義，利用熔融鹽作為蓄熱工質是未來太陽能光熱發(fā)電研究的重點。太陽能存儲技術-熔融鹽蓄熱熔融鹽研究和應用：美國國家太陽能實驗中心美國SolarTwo太陽能電站意大利阿基米德太陽能電站當前10頁，總共36頁。熔融鹽的優(yōu)點：1、使用溫度范圍廣2、高溫下的性質穩(wěn)定3、工作壓力低4、比熱容高5、具有良好的導電性6、易于獲得熔融鹽的缺點：1、高溫分解問題和腐蝕問題2、熔鹽的低溫凝固問題熔融鹽工作流程：冷罐熔融鹽運送至加熱位置熔融鹽吸收太陽能熱罐熔融鹽放熱發(fā)電太陽能存儲技術-熔融鹽蓄熱當前11頁，總共36頁。主要用于顯熱儲存，其是儲存太陽能的簡便方法。自然界的巖石、石英砂、土壤等是常用的固體儲能材料。這類儲能材料導熱系數較高、溫度承受能力強、材料成本低。該類材料可以廣泛應用于民用太陽能熱水、采暖儲能，以及太陽能熱力發(fā)電儲能。太陽能存儲技術-固體材料存儲巖石儲能：▲導熱系數大，能量可以及時存儲和取出，可耐受高溫▲利用熱空氣將太陽能集熱器收集的能量對流換熱存儲到巖石床層固體材料蓄熱當前12頁，總共36頁。石英砂儲能：▲熱穩(wěn)定性好，可耐受高溫▲利用空氣作為傳熱介質，通過氣固換熱器或者換熱管將太陽能集熱器中的熱能儲存到石砂體中太陽能存儲技術-固體材料存儲當前13頁，總共36頁。土壤儲能：▲使用成本低、維護成本低▲利用太陽照射將太陽能以熱能的形式存儲在地表或者利用空氣的等介質將熱能引入較深的土壤層存儲太陽能存儲技術-固體材料存儲當前14頁，總共36頁。蓄熱相變材料的性質化學性質穩(wěn)定、無腐蝕性無毒、無危害、不易燃較小的過冷度、高的晶體生長速率凝固時體積變化小高的熱導率可循環(huán)利用太陽能存儲技術-相變材料存儲常見蓄熱相變材料基本原理：當前15頁，總共36頁。相變材料存儲太陽能的利用運用在建筑節(jié)能運用在電廠發(fā)電運用在太陽能廚具太陽能存儲技術-相變材料存儲當前16頁，總共36頁。太陽能存儲的方法之一，是將裝有芒硝(Na2SO4)的密閉塑料管安裝在房屋的外墻內，當太陽照射時，他能把太陽能轉化為化學能，達到蓄熱作用，使室內保持較低溫度；晚上它能將化學能轉化為熱能放出，使室內溫暖這種作用是利用。太陽能存儲技術-Na2SO4工人搜集芒硝加工處理太陽能小屋Na2SO4+10H2ONa2SO4·10H2O+QNa2SO4·10H2O+QNa2SO4+10H2O反應方程式：當前17頁，總共36頁。通過中溫太陽熱能與甲醇吸熱分解特性的有機集成，低品位的中低溫太陽能轉換為高品位化學能，并以合成氣(CO,H2)的形式被儲存。太陽能熱解甲醇太陽能熱解甲醇熱化學能量轉化過程機制太陽能/甲醇裂解的發(fā)電系統(tǒng)太陽能熱化學能量轉化過程太陽能存儲技術-熱解甲醇當前18頁，總共36頁。太陽能存儲技術-天然氣重整制氫太陽能驅動天然氣重整制氫天然氣重整制氫是一個強吸熱反應。通過重整反應，提升為化學能的太陽能占甲烷熱值份額為28%。反應產物的合成氣可以通過傳統(tǒng)的聯合循環(huán)進行發(fā)電，可實現CO2減排20%。反應方程式：太陽能驅動天然氣重整制氫過程世界首臺50MW太陽能驅動天然氣重整示范發(fā)電站當前19頁，總共36頁。太陽能存儲技術-天然氣裂解太陽能驅動天然氣裂解太陽能高溫裂解化石燃料過程是講天然氣，油和其他碳氫化合物加熱到高溫下發(fā)生分解反應，反應后生成固態(tài)的碳和氣態(tài)的氫氣。這樣，分離制取高純度的氫氣只需簡單地將固態(tài)的碳黑分離出去即可，同時在該過程中發(fā)生脫碳。太陽能驅動天然氣裂解制氫過程反應方程式：當前20頁，總共36頁。太陽能存儲技術-太陽能驅動的煤氣化太陽能驅動的煤氣化煤與CO2或者水蒸氣的氣化過程是一個強吸熱反應，決定于能源和高溫熱量供給。煤氣化包括兩個過程：高溫分解和焦炭氣化。理想情況下，反應吸熱的太陽能約占煤熱值的44%-45%。產生的合成氣可用于發(fā)電。反應方程式：太陽能驅動的煤氣化當前21頁，總共36頁。太陽能存儲技術-光流體的應用光流體=光+流體常規(guī)反應光流體微反應器比表面積

<60010000–300000傳質距離<1-10m<10-200um光程1-10m10-200um光照情況

NonuniformUniform反應時間hoursseconds光流體微反應器對太陽能有更好的吸收和轉化能力光流體技術對于太陽能高效存儲有巨大的應用潛力光流體微反應器的特征當前22頁，總共36頁。一背景簡介二太陽能存儲技術三其中的熱物理問題四擬開展研究工作匯報提綱當前23頁，總共36頁。一背景簡介二太陽能存儲技術三其中的熱物理問題四擬開展研究工作匯報提綱當前24頁，總共36頁。太陽能光熱技術太陽能光熱技術是以各種形式的集熱器技術將太陽輻射收集并存儲為熱能形式加以應用。太陽能熱存儲技術是以特定技術裝置存儲已經轉換并收集的太陽熱，并能夠以非即收即用的形式，在太陽輻射較弱的時間或無太陽輻射的夜間，能夠重新取用的能量存儲技術。非聚光集熱器聚光集熱器太陽能存儲與能質傳遞當前25頁，總共36頁。顯熱存儲反應熱存儲潛熱存儲太陽能熱存儲形式采用水、巖石、土壤、地下巖層及水層等顯熱存儲材料采用相變蓄熱存儲材料（PCM)利用正反向化學反應的吸熱與放熱，將熱量轉化為化學能蓄放緊湊式儲熱床顯熱太陽能空氣系統(tǒng)相變儲熱自然循環(huán)開環(huán)太陽熱水系統(tǒng)相變儲熱水箱太陽能存儲與能質傳遞當前26頁，總共36頁。設計選擇性吸收材料及其結構將太陽輻射能收集起來，通過光與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。能量傳遞示意圖顯熱：太陽光輻射能儲熱介質（礫石、水等）蓄熱量計算公式：e.g.水的單位質量的熱容量相當高，1kg水客儲存4.18kJ/℃的熱能，金屬銅、鐵、鋁分別為3.73，3.64，2.64kJ/℃，固體巖石約為1.7kJ/℃。潛熱：太陽光輻射能

相變材料（結晶水合鹽、有機材料如石蠟等）。以固體蓄熱材料為例，蓄熱量計算公式：

光熱轉換的基本原理：太陽能存儲與能質傳遞當前27頁，總共36頁。反應熱存儲：太陽光輻射能儲熱材料（結晶水合物、無極氫氧化物等）。蓄熱量計算公式：e.g.結晶水合物

無機氫氧化物

金屬氧（氫）化物

類似此類儲熱體系的還有太陽能存儲與能質傳遞當前28頁，總共36頁。由于世界的飛速發(fā)展，大自然留給我們的資源越來越少，從能源方面考慮，光解水制氫是光化學轉化與存儲的最好途徑。氫燃燒后生成水，是便于儲存于運輸的可再生能源。太陽能光催化分解水制氫太陽能光催化分解水制氫，是太陽能轉化為化學能最理想的途徑光化學能轉化光合作用和光催化水解制氫是最主要的方式太陽能存儲與能質傳遞當前29頁，總共36頁。)光能（光量子）電能（電子）活躍的化學能（質子、ATP、NADPH）穩(wěn)定的化學能（碳水化合物等）原初反應電子傳遞光合磷酸化碳同化光合作用能質傳遞太陽能存儲與能質傳遞當前30頁，總共36頁。光催化水解制氫能質傳遞激發(fā)活化配位絡合能量傳遞電子傳遞電子遷移及光轉化機理能級激發(fā)與轉化機理太陽能存儲與能質傳遞當前31頁，總共36頁。photocatalyst光催化還原CO2能質傳遞Hydrocarbon激發(fā)活化

光生電子（強還原性）光生空穴（強氧化性）H2OCO2還原反應（O2+H++e-）氧化反應H+e-燃料+氧氣CO2光還原反應中不同電子下的還原電勢Reaction

E0redox/(VvsNHE)CO2

+H++2e-→HCO2––0.49CO2

+2H+

+2e-→CO+H2O–0.53CO2

+4H+

+4e-→HCHO+H2O–0.48CO2

+6H+

+6e-→CH3OH+H2O–0.38CO2

+8H+

+8e-→CH4

+2H2O–0.24太陽能存儲與能質傳遞當前32頁，總共36頁。一背景簡介二太陽能存儲技術三其中的熱物理問題四擬開展研究工作匯報提綱當前33頁，總共36頁。一背景簡介二太陽能存儲技術三其中的熱物理問題四擬開展研究工作匯報提綱當前34頁，總共36頁。光熱效應導