太阳能光热应用技术-第三章课件.pptx

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1、太阳能光热应用技术第三章第3章太阳能的存储技术自从20世纪70年代的能源危机以来,作为最受瞩目的清洁能源之一的太阳能,获得了越来越广泛的关注。对于太阳能热能储存的三种主要方式:显热储存、相变储存、化学蓄热。显热储存的研究已经比较成熟,但由于显热储能密度较低等缺点而存在一定的局限性;相变储存凭借其优越性已经成为了世界范围内的研究热点,发展势头强劲,然而常规相变材料存在的诸如过冷和相分离现象,以及相变储热较高的使用成本严重制约了相变储存技术的实际应用,随着研究的不断深入,我们期待新型相变材料的出现能推动相变储存技术的发展;化学蓄热虽然具有很多优点,但是化学反应过程复杂,安全性、效

2、率和成本等方面的制约使其只处在小规模实验阶段,要达到完全的商业化,很多的技术难题有待攻克,新的探索也将继续。3.1太阳能的存储方式太阳辐射不能直接储存,必须将其转换为其他能量形式再加以储存。现在,国内外研究太阳能的储存方式主要有两大类,一类是太阳能热能储存,另一类是把太阳能先转变成其他能量,如电能、化学能、动能以及生物能等形式之后再储存。本章主要介绍的是太阳能热能储存。太阳能的热储存方式主要有以下三种:显热储存、相变储存和化学蓄热。所谓显热储存,就是加热蓄热材料,使其温度升高而蓄热,所以也叫“热容式”蓄热。相变储存通过加热蓄热材料到相变温度时吸收的大量相变热而蓄热,所以也叫“

3、潜热式”蓄热。化学蓄热是通过可逆化学反应实现热能储存和释放的蓄热方式。太阳能热能存储方式的选择以及蓄热器的设计,需要参考以下几点:(1)单位体积或单位重量的蓄热容量;(2)蓄热器工作温度范围,即热量输入和输出系统的温度范围;(3)热量输入和输出蓄热器的方法和与此相关的温度差;(4)热量输入和输出蓄热器的动力要求;(5)蓄热器的结构、容积和内部温度的分布情况;(6)减小系统热损耗和使用成本的方法。3.1.1太阳能热能储存的分类除了显热储存、相变储存和化学蓄热三种主要的蓄热方式,实际应用中太阳能热能储存还可以按不同的类型加以区分和分类,例如,按热储存时间的长短、按蓄热温度的高低、

4、按蓄热能量密度大小等。3.1.1.1按热储存时间的长短分类(1)随时储存:以小时或者更短的时间为周期,其主要目的是随时调整热能供需之间的不平衡。例如,热电站中的蒸汽储热器,依靠蒸汽凝结或水的蒸发来随时蓄热和放热,使热能供需之间随时维持平衡。(2)短期储存:以天或者周为蓄热周期,其目的是为了维持一天(或一周)的热能供需平衡。例如,太阳能采暖,太阳能集热器只能在白天吸收太阳的辐射能,因此集热器在白天收集到的热能除了满足白天供暖的需求外,还应该储存部分热能,供夜晚或者阴雨天气使用。(3)长期储存:以季节或年为储存周期,其目的是为了调节季度(或年)的热能供需关系。例如,把夏季的太阳能

5、或工业余热长期储存下来供冬季使用,或者在冬季储存天然冰供来年的夏季使用。3.1.1.2按蓄热温度的高低分类(1)蓄冷:蓄热温度在0℃左右或者低于0℃,多用于制冷空调系统的冷量储存。常用材料以水和冰为主。若用水作为蓄冷材料,最低温度不可能低于0℃;若用其他材料作为蓄冷材料,则最低温度可以低于0℃。(2)低温蓄热:蓄热温度低于100℃,多用于建筑物的采暖、提供生活用或低温工农业生产用的热水或干燥。适用于低温蓄热的介质材料有水、岩石、无机盐水合物和石蜡等有机盐。(3)中温蓄热:蓄热温度介于100~500℃之间,多用于吸收式制冷系统、蒸馏器、小功率水泵或小规模太阳能发电站等。常用有机

6、流体作为蓄热材料,也可利用岩石作为蓄热材料。如仍用水作为蓄热材料,则需高压环境,这需要蓄热器有一定的耐压性,成本也会显著提高。(4)高温蓄热:蓄热温度在500℃以上,多用于聚焦型太阳灶、蒸汽锅炉或大装机容量汽轮机的太阳能发电系统。常用的蓄热介质材料一般为岩石或金属熔盐,以及氧化铝等金属氧化物制成的耐火砖或液态金属等。3.1.1.3按蓄热能量密度大小分类(1)低能量密度蓄热:采用储能密度较低的材料,比如砖或岩石等作为蓄热材料。当采用这类蓄热介质时,需要使用大量的材料,导致蓄热系统的质量和体积都比较大。但是,这类材料拥有较低的价格,适宜于不需要严格限制蓄热系统质量和体积,以及低成

7、本广泛应用的需要。(2)高能量密度蓄热:采用储能密度较高的材料,比如无机盐水合物、有机盐和金属熔盐等都属于这类蓄热材料。另外,水和铸铁也都具有较大的储能密度。不过,虽然部分材料的储能密度较高,但其价格昂贵。因此,除了特殊需要外,这类介质材料高昂的蓄热成本限制了其使用范围。3.1.2太阳能蓄热材料的分类及特点一般来说,理想的太阳能热能储存系统具有蓄热容量大、蓄热时间长、温度波动范围小以及热损耗小等优点。作为热储存系统的核心,蓄热材料的性质直接关系到整个系统性能的好坏。蓄热材料的本质在于它可将热能在特定的条

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