Технологија складиштења топлоте: побољшати ефикасност свеобухватног коришћења топлотне енергије
Тренутно, у многим системима за коришћење енергије, постоји контрадикција између неусклађености понуде и потражње енергије, што доводи до неразумног коришћења енергије и велике количине отпада. Енергетска ефикасност као што је соларна енергија и индустријска отпадна топлота је ниска, што не само да расипа ресурсе, већ и узрокује незанемариво топлотно загађење атмосферског окружења.
Из тог разлога, побољшање конверзије и коришћења енергије постало је главно питање које земље морају дати као приоритет за имплементацију стратегија одрживог развоја, а развој технологије складиштења топлоте за свеобухватно и ефикасно коришћење топлотне енергије је од највеће важности.
На располагању су обилни ресурси
Соларна енергија је најважнији основни извор енергије међу обновљивим изворима енергије. То је [ГГ] куот;неисцрпно и неисцрпно [ГГ] куот; и широко је распрострањен и без загађења. То је економична чиста енергија. Сунце може да ослободи енергију од 391×1021 кВ у секунди. Чак и ако енергија која се зрачи на површину Земље износи само један-2,2 милијардити део, то је еквивалентно 80.000 пута већој производњи енергије у свету [ГГ] #39. моја земља је релативно богата земља соларном енергијом. Више од две трећине земље има годишње сунчево зрачење више од 6 ГЈ·м2 и годишње сунчане сате више од 2.200 х. Годишња сунчева енергија зрачења коју прима Земљина [ГГ] #39; површина у мојој земљи је око 50×1019 кЈ, што је еквивалентно 170 милијарди тона стандардног угља. Овако обилни ресурси соларне енергије такође пружају добре услове за развој и коришћење соларне енергије у мојој земљи [ГГ] #39. Индустријска отпадна топлота углавном долази из индустрија као што су металургија, грађевински материјали и хемикалије. Статистички подаци у 2010. години су показали да индустријски отпадни топлотни ресурси чине до 67% укупне топлоте горива, од чега је стопа поврата достигла 60%. Међутим, укупна стопа коришћења отпадних топлотних ресурса у мојој земљи је ниска, а стопа искоришћења отпадне топлоте у великим предузећима гвожђа и челика је око 30%. ~50%.
Постоји много простора за побољшање стопе коришћења индустријских отпадних топлотних ресурса у мојој земљи. Узмимо за пример металуршку индустрију. У 2010. години, производња сировог челика у мојој земљи износила је 627 милиона тона. Енергија садржана у произведеном димном гасу била је еквивалентна 30 милиона тона стандардног угља, а количина произведене челичне шљаке је била приближно 280 милиона тона, а садржана топлотна енергија је била еквивалентна 10 милиона тона стандардног угља. . Тренутно је стопа искоришћења отпадне топлоте димних гасова у домаћим предузећима гвожђа и челика око 30%, а стопа искоришћења отпадне топлоте од гвожђа и челичне шљаке је скоро нула. Ако се стопа искоришћења отпадне топлоте димног гаса може повећати на 90%, а стопа искоришћења отпадне топлоте челичне шљаке може се повећати на 60%, може се уштедети 21,6 милиона тона стандардног угља сваке године, смањење емисије ЦО2 за око 50 милиона тона, а може се произвести 3,3 милијарде кВх електричне енергије.
Може се видети да је поврат отпадне топлоте главни захтев енергетске стратегије моје земље [ГГ] #39; са немерљивим економским користима и од великог је значаја за економски развој, друштвени напредак моје земље [ГГ] #39; , и национална енергетска безбедност. Међутим, било да се ради о соларној енергији или индустријским отпадним топлотним ресурсима, постоје проблеми повремених и нестабилних, који озбиљно ометају промоцију и примену сродних технологија.
Хитна потреба за технологијом складиштења латентне топлоте средње и високе температуре
Употреба технологије складиштења топлоте може ублажити контрадикцију између понуде и потражње топлотне енергије у погледу времена, интензитета и простора, и представља важно средство за оптимизован рад система топлотне енергије. Складиштење топлоте углавном укључује три облика: сензибилно складиштење топлоте, складиштење латентне топлоте и складиштење топлоте хемијске реакције.
Складиштење топлоте хемијске реакције је још увек у фази експерименталног истраживања због свог сложеног система, техничке тешкоће и лоше оперативности; иако је разумна технологија складиштења топлоте широко коришћена, складиштење топлоте је узроковано малом густином складиштења топлоте по јединици запремине материјала за складиштење топлоте. Велика количина материјала чини систем за складиштење топлоте великог капацитета гломазним, компликованим у процесу и високим трошковима .
Латентно складиштење топлоте је коришћење латентне топлоте која се ослобађа или апсорбује процесом промене фазе материјала за складиштење топлоте за складиштење и ослобађање топлоте. У поређењу са разумном технологијом складиштења топлоте, складиштење латентне топлоте има предност велике густине складиштења топлоте по јединици запремине и има већу апсорпцију и ослобађање енергије унутар температурног опсега фазног прелаза, а температурни опсег складиштења и ослобађања је уски, што је корисно за пуњење и ослобађање Температура термичког процеса је стабилна.
У циљу побољшања ефикасности конверзије енергије и смањења трошкова, технологија коришћења соларне топлоте се креће ка вишим радним температурама. Радна температура производње топлотне енергије је премашила 600°Ц, а температура велике количине индустријске отпадне топлоте је такође веома висока (нпр. температура димних гасова претварача је око 1600°Ц).
Све ово хитно треба истражити и развити технологије складиштења латентне топлоте средње и високе температуре. Иако су многи научници у земљи и иностранству дуго времена спроводили истраживања са различитих нивоа као што су материјали и процеси, до сада још увек не постоји зрели систем за складиштење латентне топлоте средње и високе температуре који стабилно функционише.
Након дугогодишњег дубинског истраживања у овој области од стране многих домаћих и страних истраживачких јединица, у комбинацији са тренутним стањем и трендовима развоја домаће и стране технологије, сматра се да се технологија складиштења латентне топлоте средње и високе температуре углавном суочава са следећим: нерешени проблеми.
Прво, постоји недостатак материјала за складиштење латентне топлоте средње и високе температуре са свеобухватним својствима као што су велика густина складиштења топлоте и јака топлотна проводљивост. Основа технологије складиштења латентне топлоте су материјали са променом фазе. Тренутно су истраживања материјала за складиштење топлоте на ниским температурама ([ГГ] лт;100°Ц) на бази парафинског воска и хидратизоване соли била опсежна, а такође су примењена у области грађевинарства и одеће. Међутим, материјали за складиштење топлоте средње и високе температуре, посебно материјали за складиштење топлоте високе температуре са променом фазе са тачком топљења [ГГ] гт; 600°Ц, још увек недостају.
Друго, материјали за складиштење топлоте са променом фазе средње и високе температуре су углавном неорганске соли и легуре. С једне стране, избор материјала кандидата захтева дубинско разумевање термодинамике и кинетичких механизама процеса фазног прелаза материјала. С друге стране, неопходно је открити утицај микроструктуре на термичка својства материјала са два аспекта: побољшаног преноса топлоте и ефикасног складиштења топлоте.
Поред тога, инкапсулација материјала за промену фазе течност-чврста и опадање термичких својстава током процеса сервисирања такође су незаобилазни садржаји у истраживању материјала за промену фазе средње и високе температуре. Ово често представља проблем уског грла у истраживању и развоју таквих материјала. Треба развити материјале за складиштење топлоте високих перформанси
Многи научници у земљи и иностранству проучавали су метале као материјале за складиштење топлоте. Године 1980, Бирцхеналл ет ал. измерио и анализирао термофизичка својства бинарних и тернарних легура састављених од Ал, Цу, Мг, Си и Зн, којих има у изобиљу на земљи, и открио да је температура фазног прелаза у опсегу од 780～850 К и богата Си. Или легуре Ал имају највећу густину складиштења топлоте, а затим су материјали за складиштење топлоте на бази алуминијума и легуре на бази силицијума опсежно проучавани.
Материјали од неорганске соли имају широк спектар извора, велике вредности енталпије промене фазе и умерене цене, а посебно су погодни за употребу као материјали за складиштење топлоте са средњом и високом температуром. Истраживачи су проучавали термофизичка својства растопљене соли са температуром већом од 450 ℃ и проширили примену неорганске еутектичке соли са температурним опсегом од 220 ℃ до 290 ℃ на област производње соларне топлотне енергије и прошли тестове као што су диференцијална скенирајућа калориметрија. Методом су мерена термофизичка својства растопљене соли.
Поред тога, брзина промене запремине многих система растопљене соли пре и после промене фазе прелази 10%. Већа брзина промене запремине повећава празнине у систему материјала за промену фазе растаљене соли, утиче на брзину складиштења/отпуштања топлоте и повећава складиштење топлоте. Тешкоћа дизајна системске опреме смањује ефикасност складиштења топлоте. Из тог разлога, истраживачи су проучавали компатибилност материјала за складиштење топлоте са променом фазе растаљене соли са нерђајућим челиком, а резултати показују да нерђајући челик има добар антикорозивни ефекат на већину растопљених соли.
Истовремено, перформансе циклуса материјала за промену фазе тројне легуре засноване на алуминијуму и компатибилност са контејнерима; компатибилност растопљених соли флуорида са легираним челицима кобалта, никла и ватросталних металних елемената; компатибилност литијум хидроксида са материјалима од структурних легура У другим аспектима, научници су такође спровели истраживања.
Иако су неки резултати постигнути у истраживању материјала за складиштење топлоте са променом фазе средње и високе температуре, цена материјала за промену фазе од метала и легура је висока, а густина складиштења топлоте по јединици масе је ограничена. Поред тога, хемијска активност материјала за промену фазе од легуре метала је јача након промене фазе. , Тешка корозија на високим температурама у великој мери ограничава његову широку примену у области складиштења топлоте на средњим и високим температурама.
Као материјал за складиштење топлоте са променом фазе, растопљена со има велику енталпију промене фазе, високу густину складиштења топлоте и умерену цену. Има велики развојни потенцијал у области апликација за складиштење топлоте на средњим и високим температурама. Међутим, растопљена со има лошу топлотну проводљивост и има озбиљне проблеме са корозијом на високим температурама са материјалима за промену фазе од легура метала, што је још увек проблем који ограничава њену примену.
Стога је развој материјала за складиштење топлоте високих перформанси и метода њихове припреме неизбежан тренд у истраживању материјала за складиштење топлоте средње и високе температуре и незаобилазан пут за развој технологије складиштења топлоте.
Дисперзија соларне енергије, индустријска отпадна топлота, велики распон енергије и повремена природа обновљиве енергије захтевају технологију складиштења топлоте са променом фазе средње и високе температуре.
Истраживање технологије складиштења топлоте великих размера укључује пресек науке о материјалима, хемијског инжењерства, машинства, преноса топлоте и масе и вишефазног тока.
Развој материјала за складиштење топлоте са средњом и високом температуром високих перформанси је од великог значаја за област складиштења топлоте средње и високе температуре, посебно за производњу соларне топлотне енергије, поврат индустријске отпадне топлоте и друга поља.
