热能储存系统建模及仿真

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1、热能存储系统及其应用ThermalEnergyStorageSystemsandApplications内容热能存储系统基础显热能存储系统设计相变材料与潜热能存储系统设计热能存储系统理论分析热能存储系统数值建模及仿真热能存储系统基础能量存储介质与热能存储能量存储介质是供能源和能量需求之间的适配器。能量存储介质优劣评价：是否方便和节能。热能存储介质分类：显热介质和潜热介质。显热介质存储的热能为显热。潜热介质存储的热能为潜热。热能存储是通过对热能存储介质进行温变或相变实现能量存储或释放。热能存储过程:充热,储热和放热。热能存储与其它能量存储技术比较储能系统储能

2、介质储能密度使用寿命放能时间(kJ/m^3)(s)化学能化学物质5E41E3-1E5c10-1E5机械能物体5E420年1-1E5显热介质3E4-1E5,20年热能1E4-1E5潜热介质3E51E2-1E3c电容器,1E4c1E-6-1E-31E2,电磁能磁铁,线圈20年10E-3-1E51E5热能存储与其它能量存储成本和效率比较储能系当前成本当前效率目标成本目标效率统￥/kW%￥/kW%化学能300-400060-80300-200060-80机械能2000-500050-703000-400065-701000-3000热能70-100500-100060-95电磁

3、能------1800080-90热能存储系统技术要素热能存储系统节能要素:错峰使用,减少耗电量。热能存储系统尺寸要素:室内舒适,初始成本小,安装和控制方便。热能存储系统可行性要素:管理目标，经济目标，项目预算，设施设备，系统状态，储能容量，供能方式，负载类型，工作方式，安装空间，系统类型，安装位置，结构影响，换热器需求，管道排布，自动控制需求，电力需求，其他需求。热能存储系统技术要素热能存储系统集成要素:激励政策，存在时长，工作需求，物理限制，峰值日负载及月度平均需求，能耗历史数据，最佳系统选择，通用要求，年度能耗分析，容量利用系数分析，成本减少分析，财务分析

4、，系统完善建议，其它结论。热能存储系统存储时长要素:短期,中期,长期。显热能存储系统设计热分层式水介质蓄能池设计考虑结构考虑：确保热分层，减少死水区域，与储能介质接触面积小。操作考虑：顶层和底层温度差尽量大，进出流体速度尽量小。工艺考虑：隔热和水密满足相应规范。混泥土介质蓄能池正面正面混泥土地板冷气冷气暖气暖气侧面侧面混泥土砖碎石岩石或水和岩石介质蓄能池暖气出口暖气冷气碎石循环水入口水碎石循环水出口绝热层冷气入口地下水介质蓄能池建筑物冷循环热循环换热器产热井地下水回热井盐介质太阳能蓄热池太阳表层区域（顶层对流区）梯度区域（无对流区）换热器存储区域（底层对流区）盐

5、介质太阳能蓄热池发电站真空太阳能蓄热池1.热水存储灌2.真空热采集管3.加热器盖4.底部支撑环5.底部支撑座6.电热水器7.隔热层8.出水口9.预涂布钢罩10.入水口太阳能热能存储系统相变材料与潜热能存储系统设计潜热存储介质-相变材料相变材料：在热能应用的温度范围内发生固液相转变的材料。相变材料类型：（1）有机相变材料：石蜡，脂肪酸等。（2）无机相变材料：无机盐及结晶水合物、金属及其合金相变材料。相变储能介质应用要素热力学要素：熔点合适，相变焓大，密度大，比热容大，导热系数大，融化彻底，相变体积变化小。动力学要素：固化几乎无过冷现象。化学要素：化学性质稳定，无

6、腐蚀性，无毒，无易燃易爆特性。技术要素：简单，可行，有效，小巧，兼容，可变，可靠。经济要素：成本低，可商业推广。相变材料介质冷能存储系统相变材料介质：共晶盐和水合气。共晶盐介质优点：提高固化温度，节省制冷能耗，可使用传统冷水介质储能系统设备。水合气优点：潜热容更高，系统占用空间更小。冷能存储适用范围设备制冷负载过大。能量高峰期制冷费用昂贵。制冷旧系统扩大。有现成的储能罐。所在地电力供应不足。需要储备制冷容量。需要冷气。全存储蓄冷适用范围制冷开启负载E全存储蓄冷适用于：峰值负载历时短能量使用时间与负载历时相同t峰值负载和峰值能量存在较短时长重

7、叠能够节约大量资金存在峰值需求阶梯计费半存储蓄冷适用范围制冷开制冷开负载负载EEtt半存储需求限制型蓄冷半存储负载均衡型蓄冷冷能存储系统与传统制冷比较案例：冷能存储系统设计相变材料介质车辆热能管理系统相变材料介质被动式热能存储热能存储系统理论分析能量系统内部能量传递原理等效性阻容功率V=(1/C)电学V=Re*IW=V*I*∫IdtF=(1/Cm)力学F=Rm*uW=F*u*∫udtT=(1/Cth)*热学T=Rth*PthW=T*Pth∫Pthdt电路理论比较成熟,因此可以采用电学原理类比力学原理(机电类比),也可以采用电学原理类比