德國航天中心的儲(chǔ)熱技術(shù)開發(fā)的進(jìn)展

1、德國航天中心的儲(chǔ)熱技術(shù)開發(fā)的進(jìn)展Laing Doerte, Steinmann Wolf-Dieter , Tamme Rainer, Worner Antje, Zunft Stefan（德國航天中心，38-40,德國斯圖加特）摘要：熱能儲(chǔ)存是可再生能源的關(guān)鍵技術(shù)，而且還能夠提高熱過程的效率。涉及的行業(yè)包括 工業(yè)過程中的熱量和常規(guī)和可再生能源發(fā)電。TES（熱能儲(chǔ)存）系統(tǒng)糾正熱能的供給和需求 之間的不匹配。在中高溫度范圍內(nèi)，只有很少集中熱能儲(chǔ)存技術(shù)可用。所以，我們要做出很 大的努力，來使得各種場合各種地方都有經(jīng)濟(jì)高效的儲(chǔ)能方法可用。在德國航天研究所的熱 力技術(shù)中完整頻譜的高溫存儲(chǔ)技術(shù)，從潛熱的

2、各種類型的顯熱化學(xué)熱儲(chǔ)存正在開發(fā)中。根據(jù) 傳熱流體（合成油，水/蒸汽，熔融鹽，空氣）和所需要的溫度范圍，我們提出了不同的概 念。我們的目標(biāo)是發(fā)展成本有效，高效和可靠的蓄熱系統(tǒng)。我們的研究主要集中在存儲(chǔ)材料 的特性，增強(qiáng)內(nèi)部傳熱，設(shè)計(jì)創(chuàng)新的存儲(chǔ)概念和存儲(chǔ)元件和系統(tǒng)的建模。示范的存儲(chǔ)技術(shù)從 實(shí)驗(yàn)室發(fā)展到現(xiàn)場。對(duì)熱能儲(chǔ)存的發(fā)展，本文給出了一個(gè)概述。關(guān)鍵詞：儲(chǔ)熱，顯熱，潛熱，熱化學(xué)存儲(chǔ)蓄熱存儲(chǔ)顆粒物料CLC 號(hào)碼：TK 51文件代碼：A作者 ID： 2095-4239（2012）01-013-13引言熱儲(chǔ)能對(duì)可再生能源的利用率和熱過程的能量效率是一個(gè)很關(guān)鍵的因素。在很多領(lǐng)域， 如如熱電聯(lián)產(chǎn)工廠，工業(yè)過

3、程供熱和發(fā)電，在許多應(yīng)用中的成本效益的存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，國家 和歐盟都有很多政治要求。在100-1000攝氏度中，只有少量的熱能儲(chǔ)存技術(shù)。并且留下了 廣泛的市場發(fā)展需要。DLR目前的對(duì)高溫儲(chǔ)存的研究主要包括：1.余熱回收和更好的熱用 于工業(yè)過程中的范圍內(nèi)的管理2.集中太陽能發(fā)電廠3.絕熱壓縮空氣能源4.增加靈活性存 儲(chǔ)電網(wǎng)穩(wěn)定常規(guī)電廠5.在車上的熱管理熱能儲(chǔ)存的類型在底層或者化學(xué)現(xiàn)象可以歸為三類:顯熱儲(chǔ)存，潛熱儲(chǔ)存和熱化學(xué)儲(chǔ)熱。 此外，該存儲(chǔ)概念被分為直接和間接存儲(chǔ)系統(tǒng)。在直接連接的存儲(chǔ)系統(tǒng)中的熱量傳熱流體也 被用來作為存儲(chǔ)介質(zhì)。相反，間接存儲(chǔ)系統(tǒng)利用不同的傳熱流體和存儲(chǔ)介質(zhì)中。熱耦合的傳 熱流體

4、和存儲(chǔ)介質(zhì)可是直接接觸或間接接觸型。對(duì)于不同的過程，可選擇的熱儲(chǔ)能方法有很 多。這是并列使用傳熱流體的壓力范圍的傳熱流體，溫度邊界的條件下，熱通量水平的存儲(chǔ) 容量。此外，不同的技術(shù)，成熟程度明顯不同。在DLR技術(shù)熱力學(xué)研究所，溫度范圍從100 1000，所有上面給出的TE技術(shù)正在開發(fā)。該研究主要集中在存儲(chǔ)特性材料，增強(qiáng)內(nèi)部傳 熱，設(shè)計(jì)創(chuàng)新的存儲(chǔ)概念和建模存儲(chǔ)組件和系統(tǒng)。我們的熱存儲(chǔ)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室階段到現(xiàn)場測 試。所有目前的事態(tài)發(fā)展在下面的章節(jié)中描述。文本的其余部分是專用于對(duì)存儲(chǔ)技術(shù)的說明， 概述其基本設(shè)置和功能，典型應(yīng)用和目前的發(fā)展努力的方面。顯熱儲(chǔ)存在DLR，我們對(duì)不同類型的顯熱技術(shù)進(jìn)行了研究

5、。（1） 再生型混凝土存儲(chǔ)目標(biāo)大多是拋物面槽式聚光發(fā)電中的應(yīng)用植物使用合成油作 為傳熱流體。（2） 再生存儲(chǔ)應(yīng)用高達(dá)到1000 r時(shí)使用空氣作為傳熱流體，這是在直接確保了堅(jiān)實(shí) 的存儲(chǔ)材料。（3）用于各種傳熱流體的與外部的熱的再生類型的存儲(chǔ)換熱器，可以直接使用空氣作 為中間傳熱流體確保了固體的存儲(chǔ)材料。（4）作為固體儲(chǔ)熱材料的像流沙一樣的材料可以同時(shí)用作存儲(chǔ)庫存和作為傳熱介質(zhì)（5）集中太陽能的電廠中的熔鹽存儲(chǔ)運(yùn)用，傳統(tǒng)能源的電廠和工業(yè)余熱回收。2.1混凝土儲(chǔ)存高溫下混凝土的發(fā)展存儲(chǔ)的目標(biāo)是應(yīng)用在拋物面槽式聚光太陽能發(fā)電（CSP）的電廠， 使用合成油作為傳熱流體。在目前的拋物面槽式電廠項(xiàng)目，最常見

6、的應(yīng)用是兩個(gè)罐熔鹽存儲(chǔ) 技術(shù)。然而，這種技術(shù)有投資成本高，凝固點(diǎn)高的缺點(diǎn)?？紤]到投資和維護(hù)成本，顯熱存儲(chǔ) 技術(shù)應(yīng)該有很大優(yōu)勢。德國航天中心與德國建筑公司艾德旭普林有密切的合作，他們對(duì)熱儲(chǔ) 存已經(jīng)開始執(zhí)行。一個(gè)具體的存儲(chǔ)是一個(gè)固體的顯熱儲(chǔ)存，其中的管狀熱交換器的傳熱流體 嵌入在混凝土中的存儲(chǔ)材料。該管式換熱器是用于運(yùn)輸和散發(fā)的熱傳遞流體，同時(shí)維持流體 壓力并存儲(chǔ)混凝土存儲(chǔ)熱能量。通過這種分工的功能，耐用和安全施工得以實(shí)現(xiàn)?？紤]到投 資和維護(hù)，混凝土儲(chǔ)存是一個(gè)好的高溫儲(chǔ)存方法。使用混凝土固體儲(chǔ)氫材料是最合適的，因 為它很容易處理，主要的聚集體可在世界各地，也沒有環(huán)保關(guān)鍵部件。固體熱儲(chǔ)材料的物理特性

7、，比如，密度，比熱容，熱導(dǎo)率，熱膨脹系數(shù)（CTE），循 環(huán)穩(wěn)定性，以及可用的成本和制作方法跟他有很大的關(guān)聯(lián)。高的熱容降低了存儲(chǔ)體積。高熱 導(dǎo)率增加了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。存儲(chǔ)器的熱膨脹系數(shù)應(yīng)該與嵌入式金屬換熱器相似。一個(gè)高的循環(huán) 穩(wěn)定性對(duì)于長壽命的儲(chǔ)能元件非常有用。對(duì)于技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面，高溫混凝土材料很適合作為高 溫儲(chǔ)存材料。長期穩(wěn)定性混凝土由DLR在烘箱實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明通過測量強(qiáng)度可達(dá)500C。圖一 顯示出了他的材料特性曲線。圖一 基本的存儲(chǔ)模塊對(duì)于一個(gè)安達(dá)索爾型的50兆瓦槽式太陽能熱電廠，利用熱油作為傳熱流體，而且希望 總共存儲(chǔ)1100mw熱量，共需要50000立方米。這是不可能的，所以我們就必須建立一個(gè)

8、固態(tài)存儲(chǔ)單元。因此，存儲(chǔ)將建立模塊化，由252基本存儲(chǔ)模塊組成。一個(gè)基本模塊的尺寸 是受限的如由可用長度的管，運(yùn)輸尺寸的組件和可生產(chǎn)性。如圖一顯示出了一個(gè)模塊的優(yōu)選 尺寸。把這么多存儲(chǔ)單元串聯(lián)或者并連起來。63個(gè)存儲(chǔ)單元共有400噸，座落在一個(gè)單獨(dú) 的房間內(nèi)。大小約為長300米，寬100米?？紤]到以上內(nèi)容的安達(dá)索爾型拋物槽電廠，在西 班牙的成本38億歐元。圖二 由252個(gè)基本模塊組成的1100兆瓦存儲(chǔ)器一個(gè)50兆瓦的電力拋物槽電廠1100兆瓦熱混凝土蓄熱表明，這種電廠是可以操作的。 大約有百分之三十的電量是這樣發(fā)出的。如果改善這一技術(shù)，比重會(huì)進(jìn)一步增加。已經(jīng)在 20立方米的地方進(jìn)行了材料的參數(shù)

9、和存儲(chǔ)性能的測試。測試模塊的總長度為9米，存儲(chǔ)混 凝土的長度是8.37米，它的高度/寬度為1.70米X 1.30米。管在工廠預(yù)登記。現(xiàn)場運(yùn)輸?shù)?運(yùn)到事先準(zhǔn)備好的基礎(chǔ)上?；炷翝仓螅?0厘米的模塊覆蓋側(cè)面和頂部保溫礦棉。我 們可以看出，完成測試的沒有熱絕緣。具體存儲(chǔ)測試模塊連接到存儲(chǔ)加熱/冷卻測試設(shè)備， 操作，熱油作為傳熱介質(zhì)上。截至目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在200至400攝氏度工作了 13000小 時(shí)，大概600個(gè)熱循環(huán)。測試已經(jīng)證明了特定的存儲(chǔ)容量為0.66 / （千瓦小時(shí)）（立方米 -K）用于的具體存儲(chǔ)測試模塊至今還沒有任何的故障。圖三二十立方米的混凝土存儲(chǔ)單元名稱方程25攝氏度時(shí)400攝氏度

10、時(shí)密度2.25克每立方厘米定壓比熱0.7+0.000875T0.721.05熱導(dǎo)率1.451.22.2空氣冷卻過程中的熱存儲(chǔ)對(duì)于應(yīng)用程序及傳熱媒介，一個(gè)直接接觸的允許尤其符合成本的設(shè)計(jì)。由圖二所示存儲(chǔ) 結(jié)構(gòu)通常由多重堆砌的磚，不常見的的裝置是要有個(gè)床。根據(jù)磚上的幾何形狀，存儲(chǔ)高度 50 m是可行的。在充電期間，熱氣流沿著固體存儲(chǔ)介質(zhì)升的熱被保存。在太陽輻射不足的 時(shí)間周期，反向流動(dòng)方向允許放電以存儲(chǔ)和提供電源。圖四熱存儲(chǔ)再生器元件這樣的安排，被稱為蓄熱型熱倉庫，有一個(gè)簡單的設(shè)置，它們適用最高氣溫，從而有最 好的前景。目標(biāo)應(yīng)用中，使用熱空氣或煙道氣作為熱傳遞介質(zhì)。此外，該技術(shù)是良好向上的可擴(kuò)展到

11、最大的模塊，可以通過“經(jīng)濟(jì)規(guī)?！保峁┏杀緝?yōu) 勢。一個(gè)典型的類的存儲(chǔ)介質(zhì)是氧化陶瓷。這種材料類提供了廣闊的選擇，但在個(gè)別情況下， 需要的選項(xiàng)收窄，以確保兼容性與熱流體介質(zhì)的轉(zhuǎn)移。現(xiàn)有的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例包括在鋼鐵行業(yè)（熱風(fēng)爐或“考珀”火爐）玻璃行業(yè)，工業(yè)空氣凈 化（RTO ），在這種環(huán)境下的存儲(chǔ)提供了一個(gè)預(yù)加熱的氣體高溫或熱回收功能。由于它的設(shè)計(jì)的靈活性，再生器存儲(chǔ)也非常適合于部署進(jìn)一步新穎的運(yùn)用，（1）絕熱壓縮空氣蓄能電廠允許大規(guī)模鹽中的壓縮空氣的基礎(chǔ)上的蓄電溶洞，培養(yǎng) 一個(gè)波動(dòng)的電網(wǎng)整合風(fēng)能和光伏發(fā)電。其70%的高往返效率是由于在基礎(chǔ)過程 中改進(jìn)了管理方式。反過來是依賴十億瓦的再熱器規(guī)模。（2）

12、增加靈活性的植物化石能源變得越來越重要，系統(tǒng)波動(dòng)的可再生能源所占的比例 較高能量，改造與聯(lián)合循環(huán)電廠再生器存儲(chǔ)在所述燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣通道是一種非常有效的手 段，特別是結(jié)合CHP的時(shí)候。在這種應(yīng)用中，存儲(chǔ)提供了一個(gè)去耦的燃?xì)鉁u輪機(jī)和蒸汽周 期的操作，允許優(yōu)化的適應(yīng)電網(wǎng)的要求。（3）太陽能中央接收器基礎(chǔ)上的電廠風(fēng)冷式接收器是另一種非常適合的應(yīng)用。在每一 個(gè)再熱器單元中常壓和加壓兩個(gè)概念全都存在，雖然概念早在90年代就已提出，但所需的 太陽能特定適應(yīng)仍然是一個(gè)持續(xù)的研究對(duì)象。所有這些應(yīng)用都是不同的主題項(xiàng)目活動(dòng)（DLR）， 涵蓋各個(gè)方面，包括仿真工具，設(shè)計(jì)研究和開發(fā)材料方面。為了驗(yàn)證計(jì)算工具和概念，在

13、DLR斯圖加特測試床“ HOTREG ”已搭起。它的核心要素是一個(gè)五米高存儲(chǔ)容器內(nèi)部更換 的容器，從而允許快速地交換各種存儲(chǔ)設(shè)置，見圖5所示。所有的決定操作參數(shù)，如溫度， 壓力，空氣流量和空氣濕度，可以在很寬的變化范圍內(nèi)。圖五德國航天中心的實(shí)驗(yàn)裝備在這個(gè)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)中，通過的空氣流的可能的分布不均庫存可能發(fā)生的低壓力損失的設(shè)計(jì) 中，引發(fā)了材料熱利用率差，并最終導(dǎo)致了表現(xiàn)不佳的操作。因此，在這方面需要妥善的設(shè) 計(jì)。其中的一個(gè)起因可能是差的流量分配器。（DLR），CFD （計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）模型為各種 形狀的分銷商已經(jīng)被設(shè)立，用以闡述優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，相關(guān)的流量均勻已經(jīng)闡述了 CFD參 數(shù)研究，我們提供一

14、個(gè)簡單的方法來計(jì)算的程度初始設(shè)計(jì)的流動(dòng)均勻性。要充分利用進(jìn)一步改善的潛力，基于填充床的庫存是一個(gè)很有前途的替代。它提供了一 個(gè)大的比換熱面積，從而高傳熱率，允許緊湊的設(shè)計(jì)。此外，它提供了額外的低成本材料的 選擇自由。雖然在使用中在某些應(yīng)用中，如排氣蓄熱式熱氧化空氣凈化（RTO），貯能 堆積床有沒有工業(yè)的大型例子。然而提高材料的可用范圍和降低成本。是時(shí)候給出進(jìn)一步的 發(fā)展了。填充層存儲(chǔ)的開放式問題，包括機(jī)械方面及其影響耐久性的庫存和絕緣材料：熱循 環(huán)而產(chǎn)生的機(jī)械負(fù)載膨脹和收縮以及隨后的壓實(shí)的大宗材料為代表的風(fēng)險(xiǎn)故障。更具體點(diǎn)來 說，一個(gè)主要問題是小點(diǎn)狀的熱機(jī)械力接觸區(qū)域，可能會(huì)導(dǎo)致絕緣破損或者床

15、顆粒，導(dǎo)致了 項(xiàng)目的失敗。為了解決這樣的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，在德國航空航天中心正在開展的這個(gè)題的調(diào)查。這 包括模擬工具的發(fā)展，形成了基礎(chǔ)參數(shù)研究使用仿真工具低應(yīng)力的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。該模型描述， 作為一個(gè)核心能力，大顆粒間的行為大規(guī)模存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)足夠程度的細(xì)節(jié)，是基于離散單元法 （DEM），模型計(jì)算的機(jī)械狀態(tài)和每個(gè)單獨(dú)的粒子的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)耦合熱模型的基礎(chǔ)方程 回?zé)崞?，然后允許一個(gè)現(xiàn)實(shí)的描述熱誘導(dǎo)的機(jī)械負(fù)載。圖六 計(jì)算存儲(chǔ)的正常應(yīng)力分布（左） 試驗(yàn)臺(tái)的力學(xué)填充層存儲(chǔ)2.3固體存儲(chǔ)介質(zhì)與外部熱如圖7.如圖8,熔巖儲(chǔ)存的具體存儲(chǔ)分布結(jié)構(gòu)分析可見。雖然兩個(gè)系統(tǒng)的主要花費(fèi)都是鹽， 換熱器代表了混凝土存儲(chǔ)的主要概念。所有的兩個(gè)項(xiàng)

16、目，我們認(rèn)為，進(jìn)一步降低成本的空間 是有限的。這個(gè)發(fā)展起來的CELLFUX的目標(biāo)就是降低顯熱儲(chǔ)存的成本。這個(gè)項(xiàng)目最關(guān)鍵的因 素，就是想把存儲(chǔ)元件，換成混凝土或者天然石。這使得路徑上的空氣流盡可能短。作為一 種傳輸流體，空氣在傳熱中處于一種低速的狀態(tài)。所以熱存儲(chǔ)器件被做成高比表面積的樣子， 雖然導(dǎo)熱距離比較小。在本地傳熱的一個(gè)簡單的模塊，與現(xiàn)在用空氣做導(dǎo)熱流體不同，我們 把它分為一個(gè)個(gè)小的空間（像細(xì)胞），進(jìn)行傳熱?？諝獠淮┰竭@樣的存儲(chǔ)模塊的邊界。示意 圖一個(gè)的CellFlux存儲(chǔ)單元放到電廠中。這一數(shù)字還示出的封閉的空氣循環(huán)，熱交換器和存 儲(chǔ)容量為三個(gè)主要的子單一的存儲(chǔ)單元。巾區(qū)快II制*IUN

17、圖七熔鹽儲(chǔ)熱概念的資金組成in hvcllaiicints(3%圖八 混凝土儲(chǔ)熱的資金組成對(duì)三個(gè)主要為每個(gè)子組件各種狀態(tài)提供先進(jìn)的解決方案。這個(gè)識(shí)別最好的組合代表了 CELLFUX發(fā)展最好的任務(wù)的概念。作為這些創(chuàng)新有如下選項(xiàng)。（1）異構(gòu)存儲(chǔ)卷當(dāng)?shù)氐拇鎯?chǔ)卷或孔隙度或許有所不同的。這種變化，入口的壓力損失應(yīng)該要被減小。傳熱路 徑功率密度增加的應(yīng)該更均勻。通過引入的存儲(chǔ)卷中的折流板。與應(yīng)用外部彎曲的比較應(yīng)該 更節(jié)省成本和空間。（2）熱交換器小部分的存儲(chǔ)材料被布置在管直接接觸運(yùn)送傳熱流體。這種結(jié)構(gòu)目的是延長的有效傳熱 面積的管的封閉的空氣循環(huán)。外表面的結(jié)構(gòu)顯示了散熱片或類似的結(jié)構(gòu)，以增加傳熱面。通 過

18、使用存儲(chǔ)材料代替金屬使成本可顯著降低。這種方法的成功至關(guān)重要的是整體的傳熱阻力。（3）風(fēng)扇集成的熱交換器和風(fēng)機(jī)都在考慮之列。其目的是減少兩個(gè)表面帶來的整體壓力損失。由 于這部分的高速度，所傳熱的擴(kuò)散系數(shù)比較高。所以所需的傳輸面積可以減少。經(jīng)過三年的 實(shí)驗(yàn)論證，這個(gè)概念可以被證明。理論輔之以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)研究。這些結(jié)果將提供基礎(chǔ) 的布局包括試點(diǎn)存儲(chǔ)單元中的100千瓦/ 500千瓦H范圍。相比其他的概念，該項(xiàng)目將給出 更為有效的數(shù)據(jù)。POHAHT blocJcj_.T 件圖九 集成到一個(gè)CSP廠的CellFlux存儲(chǔ)的簡化方案2.4基于移動(dòng)微粒材料的固體材料在太陽能接收或者工業(yè)生產(chǎn)中，由于其簡單

19、性和成本效益，以砂狀顆粒的材料為基礎(chǔ)的固態(tài) 存儲(chǔ)介質(zhì)，如陶瓷或天然石材，是特別是有前途的。作為一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)細(xì)粒顆粒，這樣的 材料可用于作為存儲(chǔ)庫存和熱傳遞介質(zhì)。如下圖所示，是一個(gè)利用這個(gè)存儲(chǔ)技術(shù)系統(tǒng)的布局 的太陽能粒子接收機(jī)的系統(tǒng)，見圖10。然而，在放電過程中依賴于一個(gè)附加組件：要提取儲(chǔ)存的熱量。顆粒移動(dòng)床的熱交換器 （MBHE ）是被認(rèn)為是一個(gè)有利的技術(shù)選項(xiàng)。MBHE是一種間接的熱交換器，流動(dòng)的散裝 物料重力向下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)，并通過熱交換表面，其中可以是管，板或面板。它的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)載低， 投資成本低，很少需要維護(hù)和調(diào)整控制，以及有一個(gè)緊湊的設(shè)計(jì)。在確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和底層 現(xiàn)象以及相關(guān)材料方面DLR在

20、正在進(jìn)行的研究工作。模擬已進(jìn)行的MBHE使用數(shù)值多相流 模型?？尚械脑O(shè)計(jì)方案，確定參數(shù)，如初始顆粒速度，平均顆粒尺寸和管裝置在參數(shù)方面有 了研究?；诔跏嫉姆抡娼Y(jié)果，測試模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這樣的熱交換器。在試驗(yàn)臺(tái)上已經(jīng)得出驗(yàn)證仿真結(jié)果。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)的粒子流整合,MBHE用熱率35千瓦，最大顆粒溫度600 C , 如圖11所示。比較實(shí)驗(yàn)在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)規(guī)模確認(rèn)計(jì)算結(jié)果：粒子圖像測速（PIV ） 測量顯示出良好的模擬速度形態(tài)。管表面的速度與入口速度成正比，受管間距的影響。進(jìn)- 步的實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證在高溫下的熱換熱器的熱性能是工作正在進(jìn)行中。particlt-reccivcr JOVOl.UTSslea

21、tE lurbine 血 gEEIlHlarr3di3Ekf,圖十二 鉀離子鋰離子鈉離子硝酸根亞硝酸根系統(tǒng)當(dāng)硝酸根與亞硝酸根比為0.56 的情況，這個(gè)液相線溫度最低的混合物被涂成了紅色DLR的研究主要集中在合成系統(tǒng)具有低熔融溫度和鹽在高溫下的熱穩(wěn)定性測定允許在 較寬的溫度適用范圍的熔鹽存儲(chǔ)。另一個(gè)重點(diǎn)是發(fā)展為進(jìn)一步降低成本的新的熔鹽存儲(chǔ)概念 技術(shù)。在內(nèi)部測量部位的液相相圖顯示，鋰，鈉/ NO2， NO3被稱為鉀，鋰，鈉/ NO2， NO3（EU）。以前的文獻(xiàn)證明了一個(gè)固定的比例NO3/NO2 = 0.56的配比下證明是熔 點(diǎn)為80 C。圖12示出的差掃描量熱計(jì)（DSC）和熔點(diǎn)裝置（MPA）,導(dǎo)

22、致溫度系統(tǒng)的液相 線。對(duì)于溫度顏色代碼和插補(bǔ)，使用MATLAB 功能。得到組合熔點(diǎn)最低的是鋰33% , 鉀48%和Na +的摩爾比。硝酸根和亞硝酸根比是0.56. 一個(gè)未知的五元體系的鈣，鉀，鋰， 鈉/ /NO2， NO3已經(jīng)被證明了，即使熔點(diǎn)很低。我們將在SolarPaces 2012.發(fā)表這個(gè)報(bào)告。該混合物的液相線溫度最低的被標(biāo)記為紅色。 此外，穩(wěn)定的測量分析法，非共晶混合物的60% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硝酸鈉和40%，不同的氧分 壓的硝酸鉀和加熱速率（圖13）。結(jié)果表明， 升溫速率對(duì)分解的溫度有很大的影響。較高的加熱速率帶來較高分解溫度。此外，所有的測 量顯示更高的氧分壓導(dǎo)致的到一個(gè)更高的分解溫

23、度。換句話說，的鹽的混合物的穩(wěn)定性提高。 結(jié)果外推到平衡條件（0 K min1的升溫速率），在這里分解溫度為合成空氣529 C和氧 氣562 C。測量尺寸指的是3%的質(zhì)量損失。它應(yīng)被視為不同的質(zhì)量損失的定義將導(dǎo)致其 他穩(wěn)定限制。UM 金=囂J喜 JON /Mlstm 房-一岑-cle-sxp 一-3.C4-E一圖十三根據(jù)部分氧氣壓力和加熱速度的實(shí)驗(yàn)熱重量分析法得出40%硝酸鉀-60%硝酸鈉 的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性我們的研究結(jié)果證實(shí)了穩(wěn)定作用增加氧的分壓在開放式系統(tǒng)的類型氮-氧氣氛中的實(shí) 驗(yàn)。圖13的實(shí)驗(yàn)的熱重分析結(jié)果的熱穩(wěn)定性40% KNO 3 - 60 %的NaNO3取決于 的氧氣分壓和加熱速率

24、（0.5 K - min-1的5 K - min-1的）。為了能夠分析和驗(yàn)證創(chuàng)新的 熔鹽存儲(chǔ)和傳熱流體的概念，在操作條件下，熔融鹽的測試循環(huán)在DLR計(jì)劃中是2013年底。 測試新的熔鹽存儲(chǔ)概念和必要的組件，例如泵和閥門，將有重大利益。我們將調(diào)查熔融鹽和 不同材質(zhì)的管，閥門，軸承和填料，間的化學(xué)行為。3.潛熱儲(chǔ)存至于效率，一個(gè)基本需求儲(chǔ)熱是傳熱流體的溫度之間（傳熱流體）和存儲(chǔ)介質(zhì)的差異最 小化。這需要的等溫過程，使用的存儲(chǔ)介質(zhì)，用于像水/蒸汽與傳熱流體兩相冷凝/蒸發(fā)過程。 一個(gè)明顯的解決方案是潛熱蓄熱系統(tǒng)。潛熱存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)材料也被命名為相變材（PCM ）， 因?yàn)樗麄兺ㄟ^，固體變成液體，液體變成

25、固體工作。在熔化過程中，該材料吸收熱，被稱 為熔化焓，保持恒定的溫度，在凝固過程中相應(yīng)釋放同樣的的熱量。在一個(gè)狹小的溫度范圍 內(nèi)，潛熱儲(chǔ)存材料作為熱熔融和凝固使用是可行的。這些存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的直蒸汽利用和工業(yè)過程蒸汽蒸汽發(fā)電 利用。對(duì)于一個(gè)給定的PCM，熔化溫度是一個(gè)在一個(gè)給定的壓力的材料常數(shù)。PCM的選擇取 決于水中壓力循環(huán)帶來的飽和溫度。在DLR，現(xiàn)在正在專注發(fā)展120攝氏度到350攝氏度中 間的潛熱儲(chǔ)存。在這種狀況下，硝酸鹽及其混合物在經(jīng)濟(jì)方面和熔化溫度方面是非常有競爭 力的。在實(shí)驗(yàn)室中，我們已經(jīng)制作并證明了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)室模型：硝酸鈉，硝酸鉀，亞硝酸 鈉的混合物熔

26、融溫度為142 C;硝酸鋰-硝酸鈉熔融溫度為194，硝酸鈉，硝酸鉀熔融 溫度為222C和硝酸鈉熔化溫度為305 C。圖十四存儲(chǔ)蒸汽的水/蒸汽回路的示意圖（左）和實(shí)物圖（右）硝酸鹽的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)低，通常為約0.5 W / （ M - K ）。這就要求成本效 益的設(shè)計(jì)概念克服的熱輸運(yùn)性質(zhì)造成的局限性。各種概念已經(jīng)闡述了提高熱傳輸?shù)姆椒?。?片管的設(shè)計(jì)，采用徑向或縱向鋁翅片已經(jīng)被確定為最有成本有效的設(shè)計(jì)，這樣允許更高的傳 熱效率。高溫潛熱儲(chǔ)能的可行性操作已被證明在試點(diǎn)規(guī)模存儲(chǔ)使用硝酸鈉PCM。試用的儲(chǔ)存方式包括一個(gè)鋼管，它應(yīng)用專門開發(fā)的翅片管的設(shè)計(jì)來達(dá)到所要求的高耐熱 鋁翅片流體和PCM之間的

27、傳輸速率。這管寄存器被嵌入在該相變材料這是握在一個(gè)常壓遏 制鋼材板。水通過平行的鋼管冷凝或蒸發(fā)。該P(yáng)CM的熔化溫度為305 C。試點(diǎn)規(guī)模的PCM 存儲(chǔ)模塊包含與近14萬噸硝酸鈉潛熱大約700千瓦小時(shí)。在充電模式，蒸汽具有溫度略高 于飽和特性（通常107巴，320 C，1巴=105Pa的）導(dǎo)致凝結(jié)。確保冷凝水排放口 介質(zhì)僅以液體形式離開該模塊。為了放電，PCM模塊上充斥著溫度低于飽和的特性液態(tài)水（通常80巴，285 C）。 濕蒸汽在放電過程中由模塊在蒸汽干燥分隔。干蒸汽被排出，然而同時(shí)，通過泵，又能夠得到液態(tài)水。這個(gè)世界上最大的高示范溫度潛熱儲(chǔ)能成功的1兆瓦的蒸汽試驗(yàn)回路在西班牙卡沃內(nèi) 拉斯恩德

28、薩濱海電廠。他們?cè)?010年和2011年的2949小時(shí)連續(xù)操作小時(shí)和95個(gè)充電/放 電循環(huán)。循環(huán)測試已經(jīng)證明了在不斷的系統(tǒng)操作恒壓力模式和滑壓模式進(jìn)行預(yù)期的放電容量約700 千瓦小時(shí)。雖然在恒壓模式存儲(chǔ)超過700千瓦的峰值功率可以被證明，但是滑壓運(yùn)行下的 輸出功率超過了整個(gè)充放電過程。最后，除了強(qiáng)制循環(huán)操作，自然循環(huán)一次通過模式被證明 成功，未來有獲得成本降低的完整的存儲(chǔ)系統(tǒng)的潛力。這里，要么只有循環(huán)泵，要么就是完 整的，包括汽包。4熱化學(xué)存儲(chǔ)一個(gè)可逆的熱化學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)合成或分解釋放熱量或分為兩個(gè)或兩個(gè)以上的反應(yīng)物的組 合。氣-固反應(yīng)特別適合這種情況，因?yàn)榉浅：梅蛛x。由于被打破，形成化學(xué)鍵，熱化

29、學(xué) 存儲(chǔ)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)非常高的存儲(chǔ)密度，而在同一時(shí)間有通過反應(yīng)器中的壓力調(diào)節(jié)熱變形的潛 力。根據(jù)所選擇的反應(yīng)體系的溫度范圍內(nèi)的存儲(chǔ)應(yīng)用程序可以被覆蓋。在DLR氧化鈣和蒸汽形成的反應(yīng)氫氧化鈣已經(jīng)被查出好幾年了。作為一種低成本的材 料，極佳的可用性，氧化鈣可用于儲(chǔ)熱溫度范圍400 600 C。廣泛的熱分析表明完全 它是可逆性反應(yīng)的系統(tǒng)。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速度快，而低粉末材料的熱導(dǎo)率的有應(yīng)對(duì)合適的反應(yīng)堆 概念。實(shí)驗(yàn)室大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)可以證明直接加熱反應(yīng)釜的功能，在那里蒸汽和惰性傳熱流體通 過直接通過一個(gè)固定的反應(yīng)床（圖15）。不過，壓降要被監(jiān)視而且移動(dòng)床的概念目前，具有潛在的從儲(chǔ)存反應(yīng)器 的容量的電源去耦可能。作

30、為一個(gè)板塊正在實(shí)現(xiàn)一個(gè)間接的堆概念，在DLR，作為傳熱流體 與空氣的換熱器內(nèi)置5kW的大規(guī)模的存儲(chǔ)容量為20千瓦小時(shí)。第一次測試的結(jié)果非常樂 觀，允許放電溫度為530 C，產(chǎn)熱能力輸出為4千瓦。圖十五實(shí)驗(yàn)臺(tái)為直接加熱反應(yīng)堆的氧化鈣體系圖十六5千瓦規(guī)模的間接發(fā)熱反應(yīng)堆據(jù)調(diào)查顯示，這一創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用于集中太陽能發(fā)電廠（CSP ），應(yīng)用氧化鈣/氫氧化 鈣系統(tǒng)的太陽能電廠，系統(tǒng)開發(fā)與示范10千瓦的反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)解決同時(shí)從材料端的 反應(yīng)器的發(fā)展挑戰(zhàn)。與太陽能系統(tǒng)集成電廠是定義操作熱化學(xué)存儲(chǔ)器參數(shù)關(guān)鍵的元素，并且 將最后使用的基礎(chǔ)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。在低溫的情況下，DLR正在做一個(gè)100攝氏度以下的低品位工

31、業(yè)廢熱利用。對(duì)于這樣的 應(yīng)用金屬氫化鹽是個(gè)有前途的候選的熱化學(xué)反應(yīng)而且氯化鈣的可認(rèn)定為具有高反應(yīng)焓和可 逆性的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)我們對(duì)CaCl2/H2O系統(tǒng)（G）進(jìn)行了操作模式詳細(xì)的熱重分析，兩種不同 的結(jié)果是可能的：具有高存儲(chǔ)的操作模式密度和允許更高的可能放電溫度。而后者則是一個(gè) 在存儲(chǔ)密度為220千瓦小時(shí)/立方米熱力學(xué)控制的氣固反應(yīng)。如果系統(tǒng)到一個(gè)更高的水合狀 態(tài)的反應(yīng)反應(yīng)物，并且包括相變，才能使存儲(chǔ)密度為370千瓦-h/m。為了研究熱的影響，和反應(yīng)床內(nèi)的傳質(zhì)，間接加熱實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器中與充電和放電功率為 1千瓦的存儲(chǔ)容量為4千瓦已建成并進(jìn)行了測試。鑒于氣-固反應(yīng)的傳熱是有限的，所以 傳熱流體和反應(yīng)物

32、質(zhì)有較高的溫差，因?yàn)樗麄兪艿搅藗鳠岬南拗?。然而，只要作為發(fā)生變化 的材料，水的供應(yīng)被限制了，只在進(jìn)口處的有少量蒸汽。因此，我們更新了一個(gè)新式的反應(yīng) 床。圖十七實(shí)驗(yàn)臺(tái)為氧化鈣該反應(yīng)的另一個(gè)有前途的選擇，那就是利用多余的蒸汽。后者被用作熱在間接加熱的傳 熱流體（1巴，100 C）與潮濕的空氣（0,03吧，RT ）以除去在吸熱脫水反應(yīng)被釋放的 蒸汽。排出的蒸汽（1巴，100C ）被作為放熱反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)劑，導(dǎo)致反應(yīng)溫度是170攝 氏度，這時(shí)熱可以轉(zhuǎn)移到反應(yīng)物體。因此，變化在反應(yīng)器中的壓力之間的脫水和水化熱有 50 C左右改造可能。5結(jié)論熱儲(chǔ)能配置供熱和熱需求不匹配的時(shí)間非常關(guān)鍵。這就要求我們?cè)诠I(yè)生

33、產(chǎn)的過程中， 更加注重?zé)岽鎯?chǔ)，改進(jìn)熱管理?；剂细屿`活和太陽能熱電站的調(diào)度更加經(jīng)濟(jì)有效的， 這對(duì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)也非常有好處。儲(chǔ)熱系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是，他們相對(duì)于溫度，功率水平和傳熱流 體是多樣化的。這需要對(duì)產(chǎn)品組合有廣泛的理解存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，途徑和方法。今天，熱儲(chǔ)存技術(shù) 儲(chǔ)量不足，熱密度有限，效率有限，可靠性不佳等缺點(diǎn)，而且投資成本依然很高。這種缺陷 就是進(jìn)一步在各領(lǐng)域發(fā)展熱儲(chǔ)存技術(shù)的障礙。DLR現(xiàn)在的主要進(jìn)程，是把熱儲(chǔ)存集成相關(guān)的 概念研究并開發(fā)出來，現(xiàn)在已經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)小組在高溫儲(chǔ)熱這方面進(jìn)行研究。當(dāng)前的技術(shù)目標(biāo)是：（1）為了減少特定存儲(chǔ)成本。（2）增加的存儲(chǔ)的能量密度材料和完善相關(guān)熱物理存儲(chǔ)材料的屬性。

34、（3）要確定先進(jìn)的換熱充電和放電的機(jī)制。要制定符合成本效益的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。確定系統(tǒng)的優(yōu)化方法集成。由于高溫存儲(chǔ)應(yīng)用程序調(diào)用適應(yīng)的存儲(chǔ)概念，DLR關(guān)于各種存儲(chǔ)概念的工作，被證是 優(yōu)秀的。這幾年取得的成就是：模塊化的，可擴(kuò)展的和可靠的混凝土要使用存儲(chǔ)設(shè)計(jì)可達(dá)400C。再生存儲(chǔ)在空氣冷卻的過程絕熱壓縮空氣蓄能系統(tǒng)。為了提高熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的 靈活性。而且為太陽能發(fā)電的風(fēng)冷接收機(jī)提供基礎(chǔ)。新的存儲(chǔ)理念，結(jié)合從具體的存儲(chǔ)和再生的經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)的發(fā)展，適用于各種傳熱 流體的外置式換熱器已經(jīng)被國際上開始研究。用沙狀顆粒材料進(jìn)行搬遷粒子流化床換熱器儲(chǔ)存。熔鹽存儲(chǔ)。新鹽混合物其特征在于低的熔點(diǎn)。在現(xiàn)規(guī)劃階段，進(jìn)行融鹽的開發(fā)，

35、 測試新的熔鹽存儲(chǔ)概念和必要的泵和閥門等部件。潛熱存儲(chǔ)這個(gè)世界上最大的高示范溫度潛熱儲(chǔ)能成功的1兆瓦的蒸汽試驗(yàn)回路 在西班牙卡沃內(nèi)拉斯恩德薩濱海電廠。他們?cè)?010年和2011年的2949小時(shí)連 續(xù)操作小時(shí)和95個(gè)充電/放電循環(huán)。存儲(chǔ)與可逆熱化學(xué)氣-固反應(yīng)。不同氣體的熱化學(xué)密度大概在1-5千瓦的規(guī)模。感謝本文的贊助來自于DLR的基金協(xié)會(huì)。幾個(gè)項(xiàng)目的支持來自于德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)部技術(shù)部， 德國聯(lián)邦財(cái)政部環(huán)境，自然保護(hù)和核安全部。項(xiàng)目作為國際研究建議的一部分。本出版物的 責(zé)任人是作者。參考文獻(xiàn)Bahl C，Laing D， Hempel M， Stuckle A. Concrete thermal en

36、ergy storage for solar thermal power plants and industrial process heat.SolarPACES 2009 elec. Proc.， Berlin， Germany.Laing D， Lehmann D， Fiss M， Bahl C. Test results of concrete thermal energy storage for parabolic trough power plants.Journal of Solar Energy Engineering， 2009， 131 (4)： doi： 10.1115/

37、1.3197844.Laing Doerte，Bahl Carsten，Bauer Thomas，et al. High temperature solid media thermal energy storage for solar thermal power plants.Proceedings of the IEEE (99)， 2011： 1-9.Relloso S， Delgado E. Experience with molten salt thermal storage in a commercial parabolic trough plant. The Solar PACES

38、 2009，Berlin， Germany，2009.Laing D，Lehmann D，Bahl C. Concrete storage for solar thermal power plants and industrial process heat. 3rd International Renewable Energy Storage Conference (IRES 2008)， Berlin， Germany，2008.Stahl K， Zunft S， et al. Entwicklung eines Hochtemperatur-Warme- speichers zur Fle

39、xibilisierung von GuD-Kraftwerken. To be publishedin： Beckmann M， Hurtado A. Kraftwerkstechnik. Neuruppin： TK- Verlag， 2012.Zunft S，et al. Adiabate Druckluftspeicher fur die Elektrizitats-versorgung. in： Beckmann M, Hurtado A. Kraftwerkstechnik - Sichere und nachhaltige Energieversorgung. Bd. 3, Neu

40、ruppin： TK-Verlag, 2011.Marquardt R, Zunft S, et al. AA-CAES-Opportunities and challenges of advanced adiabatic compressedAir energy storage technologyas a balancing tool in interconnected grids. Kraftwerkstechnisches Kolloquium 2008, Dresden. 2008.Zunft S, et al. Julich Solar power tower -Experimen

41、tal evaluation of the storage subsystem and performance calculation. Journal of Solar Energy Engineering, 2011, 133 (3)： 1019-1023. doi： 10.1115/1.4004358.Kruger M, et al. Thermodynamic and fluidic investigation of direct contact solid heat storage for solar tower power plants. ISES Solar World Cong

42、ress 2011 (SWC 2011), Kassel, Aug. 2011.Zunft S, et al. High-temperature heat storage for air-cooled solar central receiver plants： A design study. Solar PACES 2009 Berlin, Deutschland,Sept. 2009.Zunft S, et al. Flow distribution calculations in regenerator-type heat storage for solar tower plants.

43、The Solar PACES , Sept. 2011.DreiRigacker Volker, Muller-Steinhagen, Hans, Zunft Stefan. Thermo-mechanical analysis of packed beds for large-scale storage of high temperature heat. Heat and Mass Transfer 2010, 46 (10)： 1199-1207. doi： 10.1007/s00231-010-0684-5.DreiRigacker V, Zunft S, et al. Packed-

44、bed heat storage： A thermomechanical model and validating experiments. Innostock Proceedings， Lleida, Spanien, 2012.Steinmann W D, Laing D, Odenthal C. Development of the CellFlux storage concept for sensible heat. The Solar PACES Granada, Sept.2011.Kelly B, Kearney D. Thermal storage commercial pla

45、nt design study for 2-Tank indirect molten salt system. Final Report，NREL，2006.Bahl C, et al. Pre-kommerzielle Entwicklung der WESPE Speicher- Technologie fur den Einsatz in ANDASOL Kraftwerken： Forschungs- vorhaben WANDA，Schlussbericht，TIB F 07 B 1516，2007.Baumann T, et al. Moving bed heat exchange

46、r for solar-driven steam cycles： Modeling and validation. Innostock 12th International Conference on Energy Storage, Lleida, Spanien, 2012.Baumann T，Zunft S. Theoretical and experimental investigation of a moving bed heat exchanger for solar central receiver power plants.Eurotherm 2012，Poitiers，F(xiàn)ran

47、ce.Bauer T，Laing D，Tamme R. Recent progress in alkali nitrate/nitrite developments for solar thermal power applications. The Molten Salts Chemistry and Technology, MS9, Trondheim, Norway, 2011.Breidenbach N，Bauer T，Laing D，Tamme R. Assessment and development of molten salt storage and heat transfer

48、fluids for solar thermal power plants and industrial processes. The World Engineers Convention, Geneva, Switzerland, 2011.Cordaro J G, Rubin N C, Sampson M D, Bradshaw R W. Multicomponent molten salt mixtures based on nitrate/nitrite anions. The Solar PACES, Perpignan, France, 2010.Bauer T, Pfleger

49、N, et al. Material aspects of solar salt for sensible heat storage. The 12th International Conference on Energy Storage Lleida, Spain, 2012.Pacheco J E. Final test and evalution results from the solar two project.Sandia Report SAND, 2002.Eck M, Eickhoff M, Fontela P, Laing D, et al. Test and demonst

50、ration of the direct steam generation (DSG) at 500 C The Solar PACES 2009 elec. Proc., Berlin, Germany, 2009.Tamme Rainer, Bauer Thomas, Buschle Jochen, et al. Latentheat storage above 120 C for applications in the industral process heat sector and solar power generation. International Journal of Energ