相变材料与相变储能技术.pdf
《相变材料与相变储能技术.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《相变材料与相变储能技术.pdf(48页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、主要内容概述研究和应用现状 相变储能技术的原理和特点相变储能材料结语nnnnunn(ununinnHHn第一节概述热能储存是能源科学技术中的重要分支。在 能量转换和利用的过程中,常常存在供求之间在 时间上和空间上不匹配的矛盾,如电力负荷的峰 谷差,太阳能、风能和海洋能的间隙性,工业窑 炉的间断运行等。由于储能技术可解决能量供求 在时间和空间上不匹配的矛盾,因而是提高能源 利用率的有效手段。n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学 能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜 热(相变热)储存,显热储存是利用材料所固
2、有的 热容进行的;潜热储存,或称相变储能,它是利 用被称为相变材料的物质在物态变化(固一液,固一固或气一液)时,吸收或放出大量潜热而进行 的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛,因 此,在储能技术领域占有极其重要的地位。相变材料(phase change materials,PCM)或称相变储能材料,它属于能源材料的范畴。广 义来说,是指能被利用其在物态变化时所吸收(放n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l出)的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说,是指那些在固一液相变时,储能密度高,性能稳定,相变温度适合和性价比优良,能够被用于相 变储能技术的材
3、料。显然,相变储能(热和冷)技术是以相变储能 材料为基础的高新技术,因为它储能密度大且输 出的温度和能量相当稳定,所以具有显热储能难 于比拟的优点。目前,相变储能技术可作为工业 节能系统和高新技术产品开发的基础,用以满足 人们对系统和产品的特殊性能及成本的要求。它 可以利用电热蓄能(冷和热)来“电力削峰填谷”,n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l也可用于新能源、工业余热利用、新型家用电热 电器的开发及航空航天等领域。在新能源,如太阳能、风能和海洋能等间歇 性绿色能源利用方面,相变储能技术也具有非常 重要的作用。我国的露源利用率很低,大约30%以上
4、,与 发达国家的40%50%相比,还有较大的距离。我国的环境保护还存在许多问题,因此,研究、掌握和利用一切可行的高新技术,包括相变储能 技术来提高我国的能源利用率及改善环境。是我 国从事材料与能源工作的科技人员、企事业管理 人员和工人的神圣职责,也是我们研究和应用相 变储能技术的意义。nnnnunn(ununinnHHn第二节相变材料和相变储能技术的研究和应用现状自20世纪70年代石油危机后,热能储存技术 在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。由于相变储能元件及其构成的储能式换热器的体 积小,储能密度大和热惯性小,对它的研究和应 用已受到各工业发达国的普遍重视。国际上已召 开了多次有关储能
5、技术研究及应用专题会议,在 新型储能材料及应用技术上亦取得显著的进展。美、英、法、德、日等国家在储能技术研究及应 用上都制定了长期的发展规划。n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l相变储能材料是基础,因此在相变储能技术 领域,首先是研究和开发相变潜热大,性能稳定 和性价比高的相变材料。其次是应用,主要涉及 储能元件,储能换热器和储能系统的相变传热,相变材料与换热流体的对流耦合换热,材料的腐 蚀与防护,系统的设计等方面。除了对传统的无 机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研 究外,近年来,对新相变储能材料的研制,存在 从无机到有机、从单一成分到复
6、合材料、从宏观 到纳米/微胶囊化的趋势,定形相变材料、相变 材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、太阳能等领域的应用成为研究的热点。国外的发展状况:对传统的无机盐、无机水合盐、金属等 相变材料进行了连续和系统的研究和应用Ay。年代美国Birchenall等提出采用合金作为相弟 材料,提出了三种典型状态平衡图和二元 合金的熔化焙和熔化潜热的计算方法。美国的Telkes对Na2s04 1040等水合盐相变材料做了大量研究工作,:并建起了世界第一座PCM被动太阳房。JKedl和Stoval第一次研究 制成浸有18烷石蜡的相变墙板。博国利用Na2sOJSiOz制成高温蓄热砖,并建立太阳能中央接收塔
7、的储热系统。fFeldman等采用两种方法制备了相变储勒 石膏板;日本利用不同含Si量的AlSi合金 变储能材料进行工业余热回收应用研究)Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料 的石膏墙板的热动态特性进行了测试Hammou等设计了一个含相变材料的 混合热能储存系统国内的发展状况:中国科技大学、华中师范大学、广州能源 研究所等单位就开始了对无机盐、无机 水合盐、金属等相变材料研究的工作。;戚新石等对相变材料的理论和应用做了详细 的研究工作。阮德水等对典型的无机水合盐Na2sOr 10电0等的相图、储存、成核 作用过冷问题、热物性等进行了系统研究。西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共 同利用西
8、藏盐湖盛产的芒硝、硼砂等无机水 合盐类矿产,加入独创的悬浮剂等成功I 研究太阳能高密度储热材料。JB裔州文就大挈1垂20世纪。年代帝2008年、开始,厂对AlSi合金进行研究和应用,华中:科技大学黄志光等用于聚光式太阳灶。广州能源研究所和广东工业大学张仁元、柯秀芳等多年的研究表明,金属具有储能 密度大、储热温度高、热稳定性好、导热系数高、性价比良好等特点,在中高温 I相变储能的应用中具有极大的优势。J 宥机相变材料进行研究,包括测试材料小热物理性质、化学稳定性及对环保的影响 等.石蜡现在常被制成各种定形相变材料、微胶囊材料、复合相变材料等,用于太阳能翟能系统、空调系统的蓄能和建筑节能中J863
9、计划研究将金属相变储能锅炉应用于 太阳能热发电戴州攵冠大挈言n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l定形相变储能材料,在相变前后均能维持原来的形状(固态),可分为固一固定形相变储能材 料和固一液定形相变储能材料。定形相变材料独 有的性能使其具有广阔的应用前景,在建筑节能 领域用做隔热保温墙体材料。固一固相变材料主 要有高密度聚乙烯和层状钙钛及无机盐类等。固一液定形相变储能材料实际上是一类复合相变 材料,主要是由两种成分组成:一是工作物质;二是载体基质。工作物质利用它的固一液相变进行储能,可以是各类固一液相变材料,如石蜡、硬脂酸、水合盐、无机盐等。载体
10、基质主要是用 来保持材料的不流动性和可加工性。n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l相变材料的研究越来越广泛,有些相变材料 也实现了商品化,但人们对高潜热相变材料的稳 定性和可靠性问题的研究一直没能取得突破性进 展。我们都知道,水合盐类相变材料具有较高的 潜热密度,可供选择的熔点范围也很广,是很有 应用前景的相变材料,但在研究和实验过程,经 多次熔化一凝固热循环后.混合物就出现相分层 和过冷现象,从而使相变性能恶化,因此长期以 来一直是水合盐类潜热储热技术需要解决的最主 要的难题。显然,相变储能材料是相变储能技术 的核心和基础。目前,正是由于大多数
11、PCM的长期nnnnunn(ununinnHHn性能衰减、对容器的腐蚀性和性价比差,使相变 储能技术的工程实用和产业化存在一定的困难。除了金属外,所有的相变材料都存在导热系 数小,传热性能差的问题,这显然影响能量储放 速度,因此,如何在材料上和热交换技术上强化 传热依然是相变储能技术需要加强研究的问题。有效减少热损失,强化保温是相变储能技术 的重要环节,但对于高温储能,由于目前的保温 材料在高温情况下,其导热系数均大于0.1W/(m-K),这就使得储能装置的体积增大和成本增n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l加,目前的纳米保温材料虽然给良好的保温
12、增加了希望,但如何在材料上加强研究,减少成本仍 然是相变储能技术研究的方向之一。在相变机理方面的研究,一直进行得较缓慢。热物性是相变材料应用的主要参数,而目前一些 相变材料的热物性(如比热容等)的测试数据较少,尤其是相变材料经过多次熔化一凝固循环前后的比热容等的热物性的变化情况几乎没有报道,在 这方面也是相变储能技术需要强化的环节。nnnnunn(ununinnHHn 第三节相变储能技术的原理和特点 一、相变储能的几种方式热能可通过物质(材料)的显热或者潜热(相变热)来储存。显热储能系统在储能和释能 过程是利用材料的比热容和材料的温度变化来进 行的。在不大的温变范围,材料的比热容是基本 不变的
13、,因此,显热储能的最大优点是在系统有 效的使用寿命周期内,其储能和释能过程是完全 可逆的。而且,在系统运行过程中,技术上需要 考虑的不稳定因素较少,因此,显热储存系统结 构简单,运行方便。但是,其最重要的缺点是储nnnnunn(ununinnHHn 能密度较小,即单位体积所能储存的能量较少,这就使得储能装置的体积往往过于庞大。潜热储存,即相变储能是利用物态转变过程 中伴随的能量吸收和释放而进行的。潜热储存比 显热储存具有高得多的储能密度。以水为例,水 在大气压力下,水沸腾其潜热约为2260kJ/kg,冰融化其潜热是355kJ/kg。而水在一个大气压下,从20加热到40,温差为20的显热仅为84
14、kJ/kgo这就可以看出这两种储能方式效果的明显 差别。n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l相变储能技术的基本原理:物质从一种状态 变到另一种状态叫相变。物质的相变通常存在以下几种相变形式:固一气、液一气、固一液,而 第四种固一固则是属于从一种结晶形式转变为另 一形式的相转变。相变过程一般是一等温或近似 等温过程。相变过程中伴有能量的吸收或释放,这部分能量称为相变潜热。相变潜热一般较大,不同物质其相变潜热差别较大,无机水合盐和有 机酸的相变潜热在100300kJ/kg,无机盐LiF可 高达1044kJ/kg,金属在400510kJ/kg之间。利
15、用这个特点,我们可以把物质升温过程吸收的相 变潜热,加上吸收的显热一起储存起来加于利用。n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l固一气和液一气这两种相变,虽然有很高的潜热,但是由于在这两种形式的相变过程中,气 体所占据的体积太大,因此,实际上很少利用。一一液相变潜热虽然比气化潜热小很多,但与显 热相比就大得多。而更重要的特点还在于在固一,因此,固一固相变时,材料从一种晶体状态转移至另一状态,与此同时也释放相变热。不过,这种相变潜热与固一液相变潜热比,一般情况下,它 就比较小。可是,由于固一固相变过程,体积变 化很小,过冷也小,不需要容器,因此,它也是
16、很吸引人和可行的相变储能方式。n r u cn rn rn u rn;r n ii u n n k u n c l因此,可以看出,固一液相变是目前具有最大 实用价值的相变储能方式。对于相变储能来说,这种固一液相变的熔化过程包括了共熔和转熔相 变和溶解。相变材料在熔化温度范围的熔化热是 可以利用的。在实际的系统中,由于没有达到热 动力学平衡,熔化和固化温度并不是恒定的。同 化温度与传热率、反应动能以及存在的杂质有关。因此,相变储热(冷)能技术的基本原理是,由于物质在物态转变(相变)过程中,等温释放的 相变潜热通过盛装相变材料的元件,将能量储存 起来,待需要时再把热(冷)能通过一定的方式释 放出来
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 相变 材料 技术
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。