高溫蓄熱技術(shù)在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用

高溫蓄熱技術(shù)在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用

0高溫蓄熱技術(shù)能源和環(huán)境問題是世界上的一個重要問題。能源開發(fā),尤其是化石能源的開發(fā)和利用促進(jìn)了人類社會的發(fā)展和世界經(jīng)濟(jì)繁榮,但同時也對人類自身生存所依賴的自然環(huán)境造成了日益嚴(yán)重的破壞。發(fā)展太陽能等清潔能源和可再生能源是解決這一問題的重要途徑。高溫蓄熱技術(shù)是指在200~1000℃以上的高溫段用蓄熱材料進(jìn)行熱能的儲存與釋放,以解決熱能供給與需求在時間和強(qiáng)度上不匹配的矛盾而發(fā)展起來的一種技術(shù),這種技術(shù)可以有效避免能源浪費,提高能源利用率,得到了全世界的重視和發(fā)展。目前高溫蓄熱技術(shù)廣泛應(yīng)用于太陽能熱電廠、空間太陽能熱動力系統(tǒng)、建筑節(jié)能、航天技術(shù)和水下潛器等領(lǐng)域。本文詳細(xì)介紹了高溫蓄熱技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,同時也指出了目前應(yīng)用方面存在的不足以及亟待解決的問題,對加快發(fā)展高溫蓄熱技術(shù)、推動太陽能發(fā)電技術(shù)具有一定的參考價值。1高溫材料的分類按照蓄熱方式不同,高溫蓄熱材料可以分為顯熱蓄熱材料、相變蓄熱材料和熱化學(xué)蓄熱材料。1.1顯熱材料的種類顯熱蓄熱材料是利用物質(zhì)本身溫度的變化來進(jìn)行熱量的儲存和釋放,可采用直接接觸式換熱。顯熱蓄熱材料可以分為固態(tài)蓄熱和液態(tài)蓄熱兩種類型,常用的高溫顯熱蓄熱材料有以下幾種(見表1)。高溫顯熱蓄熱材料原料豐富,成本低廉,但是由于顯熱蓄熱材料是依靠溫度的變化來進(jìn)行能量儲存的,所以蓄放熱是個變溫過程,蓄熱密度小,導(dǎo)致蓄熱設(shè)備體積龐大,效率不高,這都限制了高溫顯熱蓄熱材料的發(fā)展。1.2金屬鹽、金屬與堿、混合鹽、氧化物的反應(yīng)高溫相變蓄熱材料主要是通過蓄熱材料發(fā)生相變時吸收或放出熱量來實現(xiàn)能量的儲存和釋放。高溫相變蓄熱材料可以分為以下五類:單純鹽、金屬與合金、堿、混合鹽、氧化物。常見的高溫相變蓄熱材料有硝酸鈉—硝酸鉀混合鹽、氟化鋰—氟化鈣混合鹽、鋁基合金等。高溫相變蓄熱材料雖存在著高溫腐蝕嚴(yán)重、價格較高、應(yīng)用時通常要進(jìn)行封裝等問題,但由于高溫相變蓄熱材料蓄熱密度高,蓄熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊,且吸放熱過程近似等溫,易于控制管理,是當(dāng)前高溫蓄熱材料領(lǐng)域研究的熱點。1.3蓄熱材料的種類熱化學(xué)反應(yīng)蓄熱主要是通過可逆化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱來進(jìn)行蓄熱,目前對此領(lǐng)域的工程應(yīng)用不多,還處于實驗室研究階段。關(guān)注較多的有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)。熱化學(xué)蓄熱方式具有蓄熱密度高、可以長期儲存等優(yōu)點,成本相對較低,但是實際應(yīng)用時要考慮儲存容器和系統(tǒng)的嚴(yán)密性,以及生成氣體對材料的腐蝕問題。此外國內(nèi)也有學(xué)者將蓄熱材料分為四類,除以上三類外,還有一種吸附蓄熱材料。吸附蓄熱是一種新型蓄熱技術(shù),研究起步較晚,是利用吸附工質(zhì)來對吸附/解吸循環(huán)過程中伴隨發(fā)生的熱效應(yīng)進(jìn)行熱量的儲存和轉(zhuǎn)化。吸附蓄熱材料的蓄熱密度可高達(dá)800~1000kJ/kg,具有蓄熱密度高、蓄熱過程無熱量損失等優(yōu)點。由于吸附蓄熱材料無毒無污染,是除相變蓄熱材料以外的另一研究熱點,但由于吸附蓄熱材料通常為多孔材料,傳熱傳質(zhì)性能較差,而且吸附蓄熱較為復(fù)雜,這些問題需要進(jìn)一步研究后,才能在工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。2關(guān)于高溫材料的研究2.1蓄熱材料研究近年來,各種新型材料層出不窮,蓄熱材料作為影響蓄熱技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵因素,得到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注,成為材料制備和研究中的熱點問題,其中高溫相變蓄熱材料以其蓄熱密度高、蓄熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊等成為研究中的重點。國外在高溫蓄熱材料領(lǐng)域起步較早,掌握了蓄熱材料的熱物性,并且已在太陽能熱發(fā)電、航空航天、高溫蓄熱電采暖器等領(lǐng)域成功應(yīng)用。2.1.1鏡線聚焦太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)顯熱蓄熱材料以其原料豐富、成本低廉在早期受到關(guān)注并成功應(yīng)用。例如美國與以色列聯(lián)合的魯茲(LUZ)公司于1983年~1991年先后在美國加利福尼亞州南部的莫罕夫(Majave)沙漠建成了9座大型槽式拋物面鏡線聚焦太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)SEGSI~SEGSIX,起初使用的蓄熱材料就是導(dǎo)熱油;1982年,由美國能源部等在加利福尼亞州建立SolarOne太陽能試驗電站,蓄熱材料也為導(dǎo)熱油。不過由于蓄放熱過程不恒溫、蓄熱密度小等缺點,限制了高溫顯熱蓄熱材料的發(fā)展。2009年,Calvet等人通過用1400℃等離子體焰炬處理含有石棉的廢料,使其玻璃化,同時產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量具有經(jīng)濟(jì)價值的惰性材料,稱為CofalitR(見圖1、2),CofalitR能夠作為太陽能發(fā)電廠的蓄熱材料,蓄熱能力類似于高溫混凝土和太陽能熔鹽,其熱導(dǎo)率是混凝土的3倍,膨脹率與其近似,但價格低至8歐元/t。其性能與其他相變材料的對比如表2。2.1.2太陽能和氟化鹽等聚合物蓄熱材料研究高溫相變蓄熱材料以其蓄熱密度高、易于管理等成為多數(shù)學(xué)者的研究重點。20世紀(jì)80年代中期美國自由號空間站計劃的實施,極大地推動了高溫相變潛熱蓄熱技術(shù)的發(fā)展。研究熱點之一是各種混合鹽,其最大優(yōu)點是根據(jù)不同的鹽類配比使物質(zhì)的熔融溫度可調(diào)。SolarTwo太陽能熱發(fā)電站采用熔鹽SolarSalt(60%的硝酸鈉和40%的硝酸鉀組成)作為傳熱和蓄熱介質(zhì),此熔鹽在220℃時開始熔化、在600℃以下熱性能穩(wěn)定,電站運行工況良好。2003年意大利建成了太陽能槽式集熱器熔融鹽循環(huán)測試系統(tǒng),該系統(tǒng)熔鹽罐裝有熔鹽9500kg,最大的傳熱功率500kW,集熱器中熔融鹽出口溫度可達(dá)550℃。西班牙2008年建成的50MWands01-I電站中采用31000t熔鹽作為蓄熱工質(zhì),正在建設(shè)的多個西班牙和美國槽式太陽能熱發(fā)電站均采用熔鹽作為蓄熱工質(zhì)。美國國家太陽能實驗室、意大利新技術(shù)能源與環(huán)境國家研究局等科研機(jī)構(gòu)對此領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究。此外,氟化鹽也日益成為研究的熱點之一,80.5%氟化鋰-19.5%氟化鈣(摩爾百分比)是目前高溫熔鹽相變采用較多的材料,美國自由號空間站的CBC裝置選用了該種蓄熱介質(zhì)。D.F.Williams等人對氟化鹽作為傳熱介質(zhì)做了研究,得到LiF-NaF-KF(46.5-11.5-42,mol%),其熔點為454℃,高溫條件下熱穩(wěn)定性好。他們還在溫度為1100℃的條件下測量了氟化鹽對金屬的腐蝕情況,得到了LiF的腐蝕性最小,NaF和KF的腐蝕性相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。高溫相變蓄熱材料的第二種研究熱點材料是鋁基合金,俄羅斯科學(xué)家Cherneeva等人,對鋁基合金儲熱材料的研究表明,高溫下鋁基合金的儲熱性能優(yōu)于無機(jī)鹽,且儲能容量大,熱導(dǎo)率和穩(wěn)定性良好,但在合金液態(tài)時其化學(xué)活性較強(qiáng),易與儲熱容器材料反應(yīng)。A.InésFernández等人給出一種選擇蓄熱材料的方法:即翻譯、篩選、排序和文件編制,在相互矛盾的目標(biāo)中用多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)尋找最合適的高溫相變蓄熱材料。2.1.3氫氧化鈣和熱風(fēng)作用的熱蓄熱系統(tǒng)目前在高溫蓄熱材料領(lǐng)域,熱化學(xué)蓄熱并沒有廣泛應(yīng)用。美國、澳大利亞在化學(xué)反應(yīng)蓄熱研究方面走到了世界的前列。美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)利用氫氧化鈣分解成氧化鈣和水的逆反應(yīng)來存儲太陽能。在蓄熱過程中,熱能驅(qū)動吸熱反應(yīng),由氫氧化鈣產(chǎn)生氧化鈣和水,在放熱過程中,只要將水蒸氣加熱氧化鈣,兩者生成氫氧化鈣并釋放出熱能。Brown等人在報告中指出,化學(xué)反應(yīng)熱蓄熱方式在理論上可以滿足太陽能熱發(fā)電的要求。不過,他們的研究只是基于理論分析和實驗研究,對于能否滿足太陽能熱發(fā)電蓄熱系統(tǒng)的動力要求,以及如何與發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的問題尚未解決。澳大利亞大學(xué)太陽能學(xué)會設(shè)計了氨化學(xué)儲熱系統(tǒng)(見圖3),氨的合成技術(shù)比較成熟,合成與分解過程沒有副反應(yīng)發(fā)生,容易控制,發(fā)生吸熱反應(yīng)的溫度與集熱器溫度相當(dāng),適合熱能的吸收,儲存方便。這種小規(guī)模的實驗裝置已經(jīng)用于拋物碟形集熱系統(tǒng)中,當(dāng)然理論上也可以用在同種溫度范圍的拋物槽形集熱系統(tǒng)中。2.2高溫熔融鹽在高溫相變蓄熱材料中的應(yīng)用我國對于高溫蓄熱材料的研究雖起步晚,但近年來取得了可喜的成績。顯熱蓄熱材料價廉易得,技術(shù)簡單,早期應(yīng)用較多,但目前從事該項研究的學(xué)者較少;化學(xué)蓄熱材料由于安全性要求高,技術(shù)復(fù)雜,我國尚處于研究起步階段,鮮有文獻(xiàn)報道。目前,國內(nèi)文獻(xiàn)主要集中在高溫相變蓄熱材料上,很多科研機(jī)構(gòu)、高等院校對新材料的合成與測試做了大量工作。(1)在高溫相變蓄熱材料中有關(guān)混合鹽的研究方面,北京工業(yè)大學(xué)依靠傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點實驗室,安裝了熔融鹽試驗臺,對高溫相變復(fù)合材料的合成做了多種實驗。馬重芳等人通過配置不同配比的混合氯化熔鹽,對450~520℃內(nèi)各種熔鹽的蓄熱量及其蓄熱成本進(jìn)行了計算分析,結(jié)果表明,無水氯化鎂、氯化鈉和氯化鉀以2:7:1的組成混合鹽經(jīng)濟(jì)性最好,單位蓄熱量成本最低。丁靜、楊建平等人的實驗證明在二元碳酸鹽中加入氯鹽可以提高相變潛熱,并降低成本。(2)在高溫相變蓄熱材料中有關(guān)金屬蓄熱的研究方面,中科院廣州能源所、清華大學(xué)以及廣東工業(yè)大學(xué)對此都進(jìn)行了很多的研究。張仁元等研究了太陽能熱發(fā)電中的鋁基金屬相變儲熱技術(shù),并著重研究了鋁硅金屬儲能材料。清華大學(xué)劉靖、張寅平等人研究了AlSil2與AlSi2O的潛熱,確定其相變溫度(如表3)。(3)在高溫相變蓄熱材料中,熔鹽與陶瓷復(fù)合形成的相變材料已逐步成為研究的熱點。王華等人以高溫熔融鹽為相變材料,以陶土粉末為基體,研制了相變蓄熱材料,得出了當(dāng)配比為4:6~4.5:5.5,成型壓力為4.5~6MPa時,相變蓄熱復(fù)合材料蓄熱性能較為理想的結(jié)論。除此之外,他還研究了Na2CO3相變材料和MgO基體材料的熱物性,并證明在845℃附近發(fā)生相變,出現(xiàn)明顯的吸熱峰,蓄熱密度較高。此外,吳建峰等人制備了NaCl/SiC泡沫陶瓷高溫復(fù)合相變蓄熱材料,相變潛熱為157.9kJ/kg,蓄熱密度為293.9kJ/kg,熱膨脹系數(shù)小,適合作為相變蓄熱材料。3鍋爐蓄熱式燃燒系統(tǒng)、電采暖器、航天器和水下潛器動力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況高溫蓄熱技術(shù)主要運用于太陽能發(fā)電廠中,同時在工業(yè)余熱回收、工業(yè)窯爐蓄熱式燃燒系統(tǒng)、電采暖器、航天器和水下潛器動力系統(tǒng)中均有應(yīng)用。不過高溫蓄熱材料的使用也面臨諸多難題,如蓄熱材料與蓄熱器的相容性問題、蓄熱器的優(yōu)化傳熱問題等,國內(nèi)外許多學(xué)者對此進(jìn)行了研究。3.1熱穩(wěn)定性設(shè)計有關(guān)高溫蓄熱器的研究,目標(biāo)是如何獲得較高的傳熱效率,同時減少高溫蓄熱材料與容器之間的腐蝕。目前的熱點在于蓄熱系統(tǒng)形式、高溫蓄熱器的優(yōu)化設(shè)計和高溫蓄熱器的耐腐蝕性研究等幾個方面。3.1.1太陽能供熱蓄熱系統(tǒng)AntoniGil等對太陽能熱電廠高溫蓄熱技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,將蓄熱系統(tǒng)分為兩罐熔鹽法,兩罐合成油法,單罐溫度分層法,帶有填充材料的單罐溫度分層法等,并對世界各地最主要的太陽能發(fā)電廠所采用的技術(shù)和蓄熱材料進(jìn)行了分類。美國與以色列1983年~1991年在加州南部莫罕夫(Majave)沙漠建成的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)SEGSI~SEGSIX,其中SEGSI采用雙罐蓄熱系統(tǒng)(如圖4)。建于1982年的SolarOne太陽能試驗電站采用單罐系統(tǒng),系統(tǒng)裝置為一圓形斜溫層罐,蓄熱方式為間接式蓄熱(如圖5)。1996年SolarTwo太陽能試驗電站成功開始運行,蓄熱系統(tǒng)采用兩罐熔鹽法,由一個直徑為11.6m、高為7.8m的冷鹽罐和一個直徑為11.6m,高為8.4m的熱鹽罐組成(如圖6)。SolarTwo塔式試驗電站蓄熱系統(tǒng)從1996年一直運行到1999年結(jié)束,未出現(xiàn)大的操作問題,為目前最成熟的熔融鹽傳熱蓄熱系統(tǒng)。在太陽能熱電廠中,單罐系統(tǒng)采用斜溫層罐蓄熱,根據(jù)冷熱流體溫度不同而密度不同的原理在罐中建立溫躍層,省了一個罐的費用,但是真正實現(xiàn)溫度分層有一定困難,且蓄熱溫度較低,發(fā)電效率低下。目前更多采用的是雙罐系統(tǒng),蓄熱介質(zhì)也以高溫熔融鹽居多,相比之下雙罐系統(tǒng)原理簡單,易操作,且效率大大提高。3.1.2顯熱蓄熱材料與實驗材料的混合蓄熱方法1997年Gong等人建立了以管側(cè)為傳熱流體、殼側(cè)填充相變材料的管殼式換熱器的蓄-放熱模型,研究了蓄熱過程和放熱過程對相變蓄熱系統(tǒng)效率的影響。采用有限元法對導(dǎo)熱型融解進(jìn)行數(shù)值分析。結(jié)果表明,導(dǎo)熱型相變材料的蓄熱系統(tǒng)的傳熱流體以同側(cè)布置較好。1989年美國LUZ公司提出了級聯(lián)相變蓄熱的設(shè)計方案;1993年DLR(德國航天航空研究中心)與ZSW(德國太陽能及氧能研究中心)共同提出了PCM/顯熱蓄熱材料/PCM混合蓄熱方法,并發(fā)布了一些可用于級聯(lián)蓄熱的PCM,證實了級聯(lián)相變蓄熱的可行性。D.Laing等人使用硝酸鈉為相變介質(zhì),利用“夾心概念”通過添加石墨翅片或鋁翅片制成新的實驗裝置,實驗證明在250℃時,使用石墨是合適的,在較高溫度下,應(yīng)使用鋁翅片,該高溫蓄熱裝置顯著提高傳熱效率,傳熱速率在進(jìn)行了172個蓄熱、放熱周期后沒有下降。Y.Tian等人分析了應(yīng)用金屬泡沫增強(qiáng)相變材料的傳熱性能,用Boomsma和Poulikakos提出的三維結(jié)構(gòu)模型(tetrakaidecahedron)來求解金屬泡沫的有效導(dǎo)熱系數(shù),建立數(shù)學(xué)模型并搭建實驗平臺,得出85%孔隙率傳熱性能優(yōu)于95%孔隙率的結(jié)論,且使用金屬泡沫材料可以顯著的增強(qiáng)傳熱。填充床蓄熱的再生型蓄熱器可以作為電廠的熱儲存系統(tǒng),德國宇航中心VolkerDreiβigacker等基于離散單元法建立了填充床熱循環(huán)過程蓄熱器的數(shù)學(xué)方程,把離散單元法方程耦合到熱儲存的空間分布式熱工模型中,為解決填充床在大規(guī)模熱儲存中提供理論依據(jù)。3.1.3熱循環(huán)試驗和高溫硝酸鹽的使用在鹽類相變材料的儲存容器中,由于鹽類相變材料在高溫下有較強(qiáng)的腐蝕性,容器材料必須采用耐腐蝕的高溫合金,且在使用之前要進(jìn)行大量測試。目前大多著眼于鈷基、鎳基、鈮基等高溫合金。如Carrett公司在40kW和25kW的方案中,改用了鈷基合金Haynes188,該公司完成的5681次、近1萬h的熱循環(huán)試驗表明它與80.5%LiF-19.5%CaF2有良好的相容性。洛克韋爾公司完成了3245次、5984h的熱循環(huán)試驗,試驗結(jié)果表明80.5%LiF-19.5%CaF2對Haynes188的腐蝕率為0.01mm/a。波音宇航與電子公司完成了Incone1617,Haynes188,Haynes230和316SS4種材料與80.5%LiF-19.5%CaF2在871℃下5000h的相容性試驗,大量實驗保證了蓄熱材料在自由號空間站中的使用。硝酸鉀和硝酸鈉的混合鹽對常見的不銹鋼和鋼材腐蝕性較小,SolarTwo太陽能試驗電站的蓄熱容器采用不銹鋼,美國可再生能源實驗室的Bradshaw等人對不銹鋼和碳鋼在3種混合硝酸鉀和硝酸鈉中的腐蝕行為進(jìn)行了詳細(xì)的實驗,才得以保證SolarTwo太陽能試驗電站的成功運行。D.F.Williams等人在溫度為1100℃的條件下測量了氟化鹽對金屬的腐蝕情況,得到了LiF的腐蝕性最小,NaF和KF的腐蝕性相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。對于高溫硝酸鹽的使用,Sandia研究中心(NST-TF)采用60%NaNO3、40%KNO3(solarsalt)與硅石(silicasand)、石英石(quartziterock)相結(jié)合進(jìn)行研究,研究表明在290~400℃之間,經(jīng)過553次循環(huán)試驗后沒有出現(xiàn)填料腐蝕性問題。后來,該研究中心又用44%Ca(NO3)2、12%NaNO3、44%KNO3(HitecXL)做試驗,結(jié)果表明,在450~500℃之間,經(jīng)過10000次循環(huán)試驗后,填料與熔融鹽相容性仍很好,因而得到了大量使用。3.2中國高溫機(jī)的研究現(xiàn)狀目前,國內(nèi)對高溫蓄熱器的設(shè)計仍停留在理論分析和模擬層面,缺乏實際工程數(shù)據(jù)支持。3.2.1太陽能與熱質(zhì)供熱技術(shù)對于相變蓄熱系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究,一般是半經(jīng)驗公式與數(shù)值求解相結(jié)合為主,純數(shù)值模擬求解較少,計算難度大,但指導(dǎo)意義廣泛。中科院宿建峰、韓巍等人提出了雙級蓄熱和雙運行模式的塔式太陽能熱發(fā)電新系統(tǒng)(見圖7),采用AspenPlus流程模擬軟件對10MW級的新系統(tǒng)進(jìn)行了模擬,同時利用EUD(Energy-UtilizationDiagrams)分析方法揭示出關(guān)鍵過程中熱能梯級利用與節(jié)能機(jī)理,為開發(fā)高效、低成本的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)提供新途徑和理論支撐。袁修干等人以NASA2kW熱動力發(fā)電系統(tǒng)地面試驗采用的吸熱/蓄熱器為研究對象,建立了蓄熱容器的優(yōu)化設(shè)計模型,求出了蓄熱容器的最佳尺寸使其質(zhì)量最低,研究了容器的壁厚、外徑和長度等參數(shù)對吸熱/蓄熱器性能的影響。此外,徐偉強(qiáng)等人還對泡沫金屬基CPCM的微觀結(jié)構(gòu)特征提出立體骨架式相分布,根據(jù)PCM相變時的體積變化特點以及空穴在泡沫金屬孔隙中的分布規(guī)律,在傳熱模型中增加空穴子模型來考慮空穴的分布和體積變化的影響,論證了泡沫金屬的孔隙率ε和空穴體積率υ對導(dǎo)熱系數(shù)的影響(見圖8)。周建輝等人通過顯熱容法處理相變潛熱和變黏性系數(shù)處理固液黏性,建立了基于修正等效熱容考慮自然對流的高溫固液相變蓄熱器共軛求解數(shù)學(xué)模型,從而可以對固-液相PCM及肋壁、加熱器、絕緣材料、外殼進(jìn)行整體統(tǒng)一求解。求解結(jié)果與純導(dǎo)熱焓法模型進(jìn)行比較,指出了自然對流對P例固液相變換熱過程的影響和換熱規(guī)律的不同之處。馬重芳等人選擇了熱穩(wěn)定性好、傳熱性能和混合熔鹽類似、一些熱工參數(shù)已知的硝酸鋰熔融鹽與導(dǎo)熱油的強(qiáng)制對流換熱實驗(見圖9),逐步掌握熔鹽的傳熱實驗系統(tǒng)的設(shè)計方法及熔鹽換熱性能的實驗方法,為下一步進(jìn)行混合熔鹽的換熱實驗打下了基礎(chǔ)。3.2.2容器材料腐蝕性能指標(biāo)測試劉靖、張寅平等人研究了以鋁硅作為相變材料與不銹鋼S3O4、S316,耐熱鋼42crMo的相容性,并得出溫度是相變材料與容器材料之間擴(kuò)散滲透的顯著影響因素之一,結(jié)果表明42CrMo耐熱鋼作為容器材料腐蝕最小。張仁元等研究了當(dāng)以Al-Si合金為高溫相變蓄熱材料時容器的腐蝕實驗,證明石墨不能用作盛裝熔融鋁硅合金液容器材料,碳化硅作為容器材料明顯比316不銹鋼的抗熔融鋁硅合金液腐蝕性能優(yōu)越,進(jìn)行240次熱循環(huán)實驗后,碳化硅試樣基本沒有被腐蝕。馬重芳等人研究了高溫熔融狀態(tài)時氯化鹽對常見不銹鋼材料的腐蝕情況,證明氯化熔融鹽對2520、304、321、316L這4種常見不銹鋼腐蝕都比較嚴(yán)重,為蓄熱材料的盛裝容器設(shè)計提供依據(jù)。3.2.3熱、16h放熱劉靖等人研制了一種以TH576作為高溫相變材料的電采暖器,并對其進(jìn)行了熱性能測試,該采暖器能夠?qū)崿F(xiàn)8h蓄熱、16h放熱的要求,能夠平衡電網(wǎng)峰谷差,同時放熱效率較高(見圖10)。通過對比國內(nèi)外在蓄熱器方面的研究現(xiàn)狀可知,國內(nèi)學(xué)者建立起許多蓄熱器傳熱模型,并對太陽能熱發(fā)電中的蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行了模擬,但是在如何增強(qiáng)傳熱方面和太陽能熱電廠蓄熱系統(tǒng)實驗研究還不夠,缺乏高溫蓄熱技術(shù)實際應(yīng)用的經(jīng)驗,以及在高溫蓄熱材料與蓄熱器的腐蝕性實驗。4在熱性能方面存在的問題綜上所述,我國在高溫蓄熱方面與國際上仍存在較大差距,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)在高溫蓄熱材料方面,我國目前研究重點放在了對高溫蓄熱材料尤其是高溫相變復(fù)合材料的開發(fā)方面,很多科研機(jī)構(gòu)都在實驗不同的材料,并對不同材料進(jìn)行組合和復(fù)合,但對其如何應(yīng)用鮮有報道,只是在理論上證明其可用性;另一方面,國內(nèi)研究蓄熱材料主要集中在相變蓄熱材料,缺乏對顯熱蓄熱材料和熱化學(xué)反應(yīng)蓄熱材料的研究,國內(nèi)對此進(jìn)行的實驗和模擬很少,更沒有實際應(yīng)用的經(jīng)驗。(2)在蓄熱系統(tǒng)方面,尤其是蓄熱器的設(shè)計,對蓄熱器傳熱過程并沒有公認(rèn)的比較成熟數(shù)學(xué)模型;在如何強(qiáng)化傳熱方面研究不夠,缺乏在增強(qiáng)傳熱采取措施時的實驗;此外,國內(nèi)在蓄熱材料和容器的相容性實驗上做得還不夠多