第六章熱能儲存技術的應用10:101古代已廣泛使用：石塊烹飪、夏季用冰。人類利用熱能儲存技術有相當長的歷史。隨著人類社會的進步、科學技術的發展，人們對熱能儲存技術的應用不僅僅局限于簡單的日常生活中，而是應用于能源節約及環境保護等更大的方面。10:102熱能儲存技術是提高能源利用效率和保護環境的技術，主要是利用工作介質狀態變化過程所具有的顯熱、潛熱效應或熱化學反應過程的反應熱來進行能量儲存。它是提高能源利用率的重要技術手段之一，它將暫時不用的余熱或多余的熱量儲存于適當的介質中，在需要使用時再通過一定的方法將其釋放出來，從而解決了由于時間或地點上供熱與用熱的不匹配和不均勻性所導致的能源利用率低的問題，最大限度地利用加熱過程中的熱能或余熱，提高整個加熱系統的熱效率。可用于解決熱能供給與需求失配的矛盾，在太陽能利用、電力的“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用以及工業與民用建筑和空調的節能等領域具有廣泛的應用前景，目前已成為世界范圍內的研究熱點。實踐證明，熱能儲存技術具有廣闊的應用前景。10:1036.1熱的傳遞方式

熱運動是物質的一種運動形式。宏觀物體內部大量微觀粒子（如分子、原子、電子等）永不停息地無規則運動稱為熱運動。它是物質的一種基本運動形式。熱傳遞亦稱“傳熱”，是物質系統間的能量轉移過程。即內能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到同一物體鄰近部分的過程。內能永遠自發地從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞。在所有條件都相同的情況下，兩個物體溫度相差越大，內能的傳遞速度也快，當冷熱程度不同的物體互相接觸時，熱傳遞要進行到它們的溫度相等時才會停止，即達熱平衡。一個物體不同部分的溫度有差別，熱傳遞在物體內部也要進行，直到溫度相同為止。10:1046.1熱的傳遞方式傳導熱傳導，亦稱“導熱”，是熱傳遞三種基本方式之一。它是固體中熱傳遞的主要方式，在不流動的液體或氣體層中層層傳遞，在流動情況下往往與對流同時發生。熱傳導實質是由大量物質的粒子熱運動互相撞擊，而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程。在非導電固體中，熱傳導的微觀過程是：在溫度高的部分，晶體中結點上的微粒振動動能較大；在低溫部分，微粒振動動能較小。因微粒的振動互相聯系，所以在晶體內部就發生微粒的振動，動能由動能大的部分向動能小的部分傳遞。在固體中熱的傳導，就是能量的遷移。在金屬物質中，因存在大量的自由電子，在不停地作無規則的熱運動。自由電子在金屬晶體中對熱的傳導起主要作用。10:105在液體中熱傳導表現為：液體分子在溫度高的區域熱運動的區域熱運動比較強，由于液體分子之間存在著相互作用，熱運動的能量將逐漸向周圍層層傳遞，引起了熱傳導現象。由于熱傳導系數小，傳導得較慢，它與固體相同，而不同于氣體；氣體依靠分子的無規子間的碰撞，在氣體內部發生能量遷移，從而形成宏觀上的熱量傳遞。6.1熱的傳遞方式10:1066.1熱的傳遞方式熱對流熱對流是流體（液體和氣體）熱傳遞的主要方式。熱對流指的是液體或氣體由于本身的宏觀運動而使較熱部分和較冷部分之間通過循環流動的方式相互摻和，以達到溫度趨于均勻的過程。對流可分為自然對流和強制對流兩種：自然對流是由于流體溫度不均勻引起流體內部密度或壓強變化而形成的自然流動：強制對流是因受外力作用或與高溫物體接觸，受迫而流動的叫強制對流。10:1076.1熱的傳遞方式熱輻射熱輻射是熱的一種傳遞方式。它不依賴物質的接觸而由熱源自身的溫度作用向外發射能源自身的溫度作用向外發射能量，這種傳熱方式叫“熱輻射”。它和熱的傳導、對流不同。它不依靠媒質而把熱直接從一個系統傳給另一系統。熱輻射是以電磁波輻射的形式發射出能量，溫度的高低，決定于輻射的強弱。溫度較低時，主要以不可見的紅外光進行輻射，當溫度為300℃時，熱輻射中最強的波長在5×10-4cm左右，即在紅外區。當物體的溫度在500—800℃時，熱輻射中最強的波長成分在可見光區。10:1086.2熱能儲存方式

熱能儲存(thermalenergystorage)通過對儲能材料的冷卻、加熱、熔化、固結、氣化等方式實現儲能目的，通過上述過程的可逆變化釋放熱能。它是一種平衡熱量需求和使用的有效手段。熱能儲存也就是上述三種熱交換方式將熱量通過蓄熱材料儲存起來，進而達到利用目的。按熱能儲存方式可分為顯熱儲存、潛熱儲存、化學反應熱儲存。顯熱循存按照儲能材料的不同可分為水蓄熱、石塊蓄熱、土壤蓄熱。潛熱儲存按照儲能材料的不同可分為冰蓄熱、水合鹽相變材料蓄熱。很難分開。10:109

6.2.1顯熱儲存(sensibleheatstorage)每一種物質均具有一定的熱容，在物質形態不變的情況下隨著溫度的變化，它會吸收或放出熱量，顯熱蓄能技術就是利用物質的這一特性。其儲熱效果和材料的比熱容、密度等因素關系密切。冷、熱水蓄能是利用價格低廉、來源方便、比熱容大的水作為蓄能介質，它是最為常見的顯熱儲存方式，它是通過改變蓄熱介質即水的溫度進行蓄熱，利用水的顯熱進行能量儲存。它投資少、系統簡單、維修方便、技術要求低，可以使用常規蓄能空調、供熱系統，曾被廣泛采用。冷、熱水蓄能技術的缺點是：蓄能溫差小、密度低、不能儲存很大的能量。消防水池，地下室，因地制宜10:1010顯熱儲存最大缺點是儲能密度低、設備體積龐大，并且在釋放熱能時其溫度發生持續變化，不能維持在一定溫度下釋放所儲熱能。

6.2.1顯熱儲存(sensibleheatstorage)1m3水、溫升50度蓄熱＝1m3石蠟潛熱蓄熱蓄熱溫度：40～130℃地下水層蓄熱：雙井10:1011

6.2.2潛熱儲存(latentheatstorage)潛熱儲能是利用物質在凝固/熔化、凝結/氣化、凝華/升華以及其他形式的相變過程中，都要吸收或放出相變潛熱的原理進行蓄熱，所以也可稱為相變儲能。相變可以是固—液、液—氣、氣—固及固—固，其中以液—固相變最為常見。從能量密度的角度來講，潛熱儲存的冷量要比顯熱儲存的大很多。根據相變溫度高低，潛熱蓄熱又分為低溫和高溫兩部分。低溫潛熱蓄熱主要用于廢熱回收、太陽能儲存以及供暖和空調系統。高溫潛熱蓄熱可用于熱機、太陽能電站、磁流體發電以及人造衛星等方面。常見的潛熱儲存方法有冰蓄熱、蒸汽蓄熱、相變材料蓄熱等。10:1012

6.2.3化學反應熱儲存(chemicalreactionheatstorage)化學反應熱儲存是利用儲能材料相接觸時發生可逆的化學反應來儲、放熱能。吸熱反應→熱能儲存逆反應放熱→熱能釋放可以有催化劑，也可以沒有催化劑10:10136.3蓄熱技術的應用6.3.1太陽能熱儲存太陽能是巨大的能源寶庫，具有清潔無污染、取用方便的特點，特別是存一些高山地區，如我國的甘肅、青海、西藏等地，太陽輻射強度大，而其他能源短缺，故太陽能的利用就更為普遍。（正反問題難以兼顧）但到達地球表面的太陽輻射能量密度卻很低，而且受地理、晝夜和季節等規律性變化的影響，以及陰晴云雨等隨機因素的制約，其輻射強度也不斷發生變化，具有顯著的稀薄性、間斷性和不穩定性。10:10146.3.1太陽能熱儲存為了保持供熱或供電裝置穩定不問斷地運行，就需要蓄熱裝置把太陽能儲存起來，在太陽能不足時再釋放出來，從而滿足生產和生活用能連續和穩定供應的需要。幾乎所有用于采暖、供應熱水、生產過程用熱等的太陽能裝置都需要儲存熱能。空間發電系統也需要蓄熱系統來維持連續穩定的運行。太陽能蓄熱技術包括低溫和高溫兩種。水是低溫太陽能蓄熱系統普遍使用的蓄熱介質，石蠟以及無機水合鹽也比較常用；高溫太陽能蓄熱系統大多使用高溫熔化鹽類、混合鹽類、金屬或合金作為蓄熱介質。10:10156.3.1太陽能熱儲存10:1016GemaSolarPlantGemasolarislocatednearSeville,Spain,on185hectares(about0.7squaremiles)ofland.2011-7-,theGemasolarpowerplantnearSeville,Spain,becamethefirstcommercialsolarthermalpowerplanttosupplyuninterruptedpowerforafull24hours.

TheGemasolar19.9-MWConcentratedSolarPowersystemisa“powertower”plant,consistingofanarrayof2,650heliostats(mirrors)thataimsolarradiationatthetopofa140-m(450-ft)centraltower.Theradiationheatsmoltensaltsthatcirculateinsidethetowertotemperaturesofmorethan500°C(932°F).Thehotmoltensaltsarethenstoredintanksthatarespeciallydesignedtomaintainthehightemperatures.Thiscutting-edgeheatstoragesystemenablesthepowerplanttorunsteamturbinesandgenerateelectricityforupto15hourswithoutanyincomingsolarradiation.10:1017ThepowergeneratedbyGemasolarissenttoanearbypowersubstation,whereitisinjectedintothegrid.TorresolEnergyestimatesthatGemasolarwillgenerate110GWhofelectricityperyear,enoughtopowerabout25,000homes,aswellasreducecarbondioxideemissionsbymorethan30,000tonsperyear.SENER負責提供技術，從事工程詳細設計、部分設計采購施工(EPC)工作，以及發電站試運行，SENER開發的技術包括熔鹽儲熱系統與接收器等最先進的解決方案，接收器能夠吸收太陽光譜95%的輻射，并將該能量傳遞給在接收器內部循環的熔鹽化合物，之后用于加熱蒸汽，運行輪機。飛行器10:10186.3.2電力調峰及電熱余熱儲存在太陽能電站中，當負荷降低時，利用蓄熱裝置可以把熱能暫時儲存起來。由于太陽能自身不可避免的非連續性，蓄熱器的放熱不僅僅是由于高峰負荷的需要，也可由于供能的不足（日照少或為零），或兼而有之；蓄熱器的儲熱不僅僅是由于負荷降低，也可由于供能過多（日照過多），或兼而有之。因此，蓄熱不僅削峰，而且填平了低谷。蓄熱技術在核電站中具有更大的吸引力。采用蓄熱技術可使反應堆的運行最安全和最經濟。對高峰負荷采用核電機組與蓄能相結合的形式可以減少單獨的高峰負荷機組的需要量，同樣還可減少低效率高峰機組使用的優質燃料（如輕油、煤油、天然氣等）。這樣核電站可以按基本負荷運行，燃料的溫度交變降到最低限度，對燃料元件的損害就可以降到最低。采用蓄熱技術，也使得核電站相當大的初投資得到充分的利用。葛洲壩輸出功率80萬千瓦~220萬千瓦10:10196.3.3工業加熱及熱能儲存目前工業熱能儲存采用的是再生式加熱爐和廢熱蓄能鍋爐等蓄能裝置。采用蓄熱技術來回收電爐的煙氣余熱及廢熱，既節約了能源，又減少了空氣污染以及冷卻、淬火過程中水的消耗量。在造紙和制漿工業中，燃燒廢木料的鍋爐適應負荷的能力較差，采用蓄熱裝置后，可以提高其負荷適應能力，在食品工業的洗滌、蒸煮和殺茵等過程中，由于負荷經常發生波動，采用蓄熱裝置后就能很好地適應這種波動。紡織工業的漂白和染色工藝過程也可采用蓄熱裝置來滿足負荷波動。10:10206.4幾種蓄熱系統的實現方法6.4.1水蓄冷水蓄冷是利用水的顯熱來儲存冷量的，系統組成是在常規供冷系統中加入了一個或多個蓄水罐，為實現冷量的儲存，滿足冷負荷的需要，設計合理的水蓄冷罐應能通過維持一個盡可能大的蓄水溫差并防止冷水與熱水的混合來獲得最大的蓄冷效率。多蓄水槽方法將冷水和熱水分別儲存在不同的槽中，保證送至負荷的冷水溫度維持不變。多個蓄水槽有不同的連接方式，一種是空槽方式，另一種連接方式是將一個蓄水槽分隔成幾個相互連通的分格或將多個槽采用連通管串聯連接。10:10216.4.1水蓄冷迷宮法采用隔板把大蓄水槽分成很多個單元格，水流按照設計的路線依次流過每個單元格。自然分層法利用水在不同溫度下密度不同的特點實現冷熱水的自然分層，它是目前應用較為廣泛的水蓄冷技術。在充冷循環時，制冷設備送來的冷水由底部散流器進入蓄水罐，熱水則從頂部排出，罐中水量保持不變。在放冷循環中，水流動方向相反，冷水由底部送至負荷，回流熱水從頂部散流器進入蓄水罐。10:10226.4.2冰蓄熱冰蓄熱技術是目前使用最廣泛的一項蓄冷技術，它是利用冰的相變潛熱進行冷量的儲存和釋放。由于從從液態水轉變為固態冰（或從固態冰轉變為液態水）時，相變潛熱達到335kJ/kg。冰蓄熱的單位質量能量密度遠遠高于水蓄熱，冰蓄熱所需的蓄冷槽體積比水蓄冷小得多，易于在建筑物內或周圍布置冰蓄冷槽。缺點制冷系統蒸發溫度<-8℃、制冷量下降、耗電量增加增加絕緣層厚度10:10236.4.2冰蓄熱冰蓄冷種類冰蓄熱的種類很多，歸納起來有以下常用的幾種：冰盤管式；完全冰結式；制冰滑落式；優態鹽式；冰晶、冰片式，冰球式；熱管式；供冷、蓄冷雙效機等。制冰方式靜止制冰動態制冰運行方法全蓄熱式：制冰器容量大、初投資高半蓄熱式半蓄熱三種運行方式冰水串聯（1個盤管）、冰媒并聯（2個盤管）、壓縮機輔助系統

10:10246.4.3蒸汽蓄熱蒸汽蓄熱廣泛用于供熱工程中，在鍋爐系統及蒸汽蓄熱系統尤為普遍。蒸汽蓄熱器就是其中最實用的蒸汽蓄熱系統。蒸汽蓄熱器是變壓式蓄熱器中的一種，它以蒸汽為熱介質來蓄積熱能，并在以后需要時釋放出熱能。在某些供熱系統中，熱能的需用量和供應置之間存在著時間性的盈和缺。為了節能，可在系統中裝備具有調節作用的蒸汽蓄熱器以平衡熱能的需用和供應量。10:1025蒸汽蓄熱器充入軟水充熱循環運動達到充壓上限放熱、閃蒸10:1026回轉式空氣預熱器30度過渡區蓄熱板煙氣流通截面大冷、熱交替10:1027相變蓄熱熱泵10:10286.4.3蒸汽蓄熱①熱負荷波動大而頻繁的供熱系統出現在工業企業中熱負荷有劇烈而又頻繁變化的供熱系統②瞬時熱能耗量極大的供熱系統蒸汽噴射泵、蒸汽彈射器等場合③熱源間斷地供熱或供熱量波動大的供熱系統轉爐煉鋼系統中的汽化冷卻裝置（余熱鍋爐）的供汽④需要蓄存熱能供隨時需用的場合電廠緊急啟動供汽；醫院、賓館夜間用汽10:10296.4.4相變材料蓄熱潛熱儲存又稱相變儲能，它同時利用物質固有的熱容和物態變化的相變熱來儲存熱能，具有較大的儲能密度。相變儲能的另一特點是熱量輸出穩定且換熱介質溫度保持不變，可以使加熱系統在穩定狀態下運行，因此，相變儲能在工業加熱領域具有更廣闊的應用前景。相變材料是近年來發展迅速、應用面廣的新材料。相變材料蓄熱系統的最大特點是可以把多余或不使用的熱能儲存起來，把間斷的熱源變為一個相對穩定的熱源。在工業加熱過程中，可以通過相變儲熱裝置，把生產時多余的熱量儲存起來供其他生產環節使用，從而最大限度地利用設備的能力，提高加熱系統的熱效率，節約燃料費用，降低運行成本。10:10306.4.4相變材料蓄熱相變材料的分類無機；有機固氣；液氣；固液，固固水合鹽：加熱融化時：放出結晶水，鹽則溶解。固化時放出潛熱高溫；常溫；低溫200～1000℃10:10316.4.4相變材料蓄熱相變材料蓄熱的應用①在工業加熱過程的余熱利用在工業加熱過程的余熱有連續余熱和間斷余熱。對于連續余熱（煉鋼，硅酸鹽工業），傳統的做法是將連續不斷產生的余熱及時用于預熱過程。而間斷余熱因其產生過程的不連續性卻未被很好利用，這類加熱設備的熱效率通常低于30%。相變儲能突出優點是可以把生產過程多余的熱量儲存起來并在需要時提供穩定的熱源，它特別適合于間斷性的工業加熱過程或具有多臺不同時工作的加熱設備的場合，采用熱能儲存系統應用相變儲能技術可節能15%-45%。儲熱換熱器：管殼式HX

10:10326.4.4相變材料蓄熱②相變材料在特種儀器、儀表中的應用某些特種性能的電子儀器、儀表，要求在嚴格的恒溫環境下使用，如航空、衛星、航子儀器、儀表，要求在嚴格的恒溫環境下使用，如航空、衛星、航海等特殊設備。當它們在運行時，在面對太陽或背對太陽時造成的差很大，這樣使儀器運轉時的誤差很大，有時工作范圍剛好會落在非線性區域，造成儀器失靈，這樣就需要利用溫控儲熱材料來調節吸收和放出的熱量，使儀器在允許的溫度范圍內工作。相變材料蓄熱的應用10:10336.4.4相變材料蓄熱相變材料蓄熱的應用

③相變材料作為家庭、公共場所等取暖和建筑材料用利用太陽能讓相變材料吸收屋頂太陽熱收集器所得的能量，使得相變材料液化并通過盤管送到地板上儲存起來，供無太陽時釋放，達到取暖目的。

美國管道系統公司：CaCl2.6H2O④相變材料用于人體取暖近年來開始有利用相變材料作為取暖袋、睡袋和儲熱墊等用于人體取暖。10:10346.5蓄熱系統用于北方供暖6.5.1蓄熱式電鍋爐我國供熱采暖一直以燃煤為主，煙塵、粉塵和SO2是構成我國大氣污染的主要因素。蓄熱式電鍋爐既克服了環境污染問題，又因充分利用低谷電蓄能而使供暖成本相對降低。所謂“電鍋爐”也就是不同于原先的以燃煤方式的燃煤鍋爐，而是將電能轉化為熱能，使水加熱以產生有壓力的熱水或蒸汽（指飽和蒸汽）。電熱元件鍋爐是利用沉入水中的電阻加熱水或使之汽化，一般集中供熱鍋爐或生活用熱水加熱器中采用的就是這種形式的電熱鍋爐。10:10356.5.1蓄熱式電鍋爐電阻鍋爐：電壓380V~600V；功率<2MW

電極鍋爐：電壓3~20V；功率1～50MW非能動10:1036蓄熱式電熱鍋爐6.5.1蓄熱式電鍋爐在