德國航天中心的儲熱技術開發(fā)的進展

1、德國航天中心的儲熱技術開發(fā)的進展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：熱能儲存是可再生能源的關鍵技術，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，只有很少集中熱能儲存技術可用。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)濟高效的儲能方法可用。在德國航天研究所的熱 力技術中完整頻譜的高溫存儲技術，從潛熱的

2、各種類型的顯熱化學熱儲存正在開發(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材料 的特性，增強內部傳熱，設計創(chuàng)新的存儲概念和存儲元件和系統(tǒng)的建模。示范的存儲技術從 實驗室發(fā)展到現(xiàn)場。對熱能儲存的發(fā)展，本文給出了一個概述。關鍵詞：儲熱，顯熱，潛熱，熱化學存儲蓄熱存儲顆粒物料CLC 號碼：TK 51文件代碼：A作者 ID： 2095-4239（2012）01-013-13引言熱儲能對可再生能源的利用率和熱過程的能量效率是一個很關鍵的因素。在很多領域， 如如熱電聯(lián)產(chǎn)工廠，工業(yè)過

3、程供熱和發(fā)電，在許多應用中的成本效益的存儲技術領域，國家 和歐盟都有很多政治要求。在100-1000攝氏度中，只有少量的熱能儲存技術。并且留下了 廣泛的市場發(fā)展需要。DLR目前的對高溫儲存的研究主要包括：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 儲電網(wǎng)穩(wěn)定常規(guī)電廠5.在車上的熱管理熱能儲存的類型在底層或者化學現(xiàn)象可以歸為三類:顯熱儲存，潛熱儲存和熱化學儲熱。 此外，該存儲概念被分為直接和間接存儲系統(tǒng)。在直接連接的存儲系統(tǒng)中的熱量傳熱流體也 被用來作為存儲介質。相反，間接存儲系統(tǒng)利用不同的傳熱流體和存儲介質中。熱耦合的傳 熱流體

4、和存儲介質可是直接接觸或間接接觸型。對于不同的過程，可選擇的熱儲能方法有很 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 容量。此外，不同的技術，成熟程度明顯不同。在DLR技術熱力學研究所，溫度范圍從100 1000，所有上面給出的TE技術正在開發(fā)。該研究主要集中在存儲特性材料，增強內部傳 熱，設計創(chuàng)新的存儲概念和建模存儲組件和系統(tǒng)。我們的熱存儲技術從實驗室階段到現(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存儲技術的說明， 概述其基本設置和功能，典型應用和目前的發(fā)展努力的方面。顯熱儲存在DLR，我們對不同類型的顯熱技術進行了研究

5、。（1） 再生型混凝土存儲目標大多是拋物面槽式聚光發(fā)電中的應用植物使用合成油作 為傳熱流體。（2） 再生存儲應用高達到1000 r時使用空氣作為傳熱流體，這是在直接確保了堅實 的存儲材料。（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材料。（4）作為固體儲熱材料的像流沙一樣的材料可以同時用作存儲庫存和作為傳熱介質（5）集中太陽能的電廠中的熔鹽存儲運用，傳統(tǒng)能源的電廠和工業(yè)余熱回收。2.1混凝土儲存高溫下混凝土的發(fā)展存儲的目標是應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目，最常見

6、的應用是兩個罐熔鹽存儲 技術。然而，這種技術有投資成本高，凝固點高的缺點。考慮到投資和維護成本，顯熱存儲 技術應該有很大優(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，他們對熱儲 存已經(jīng)開始執(zhí)行。一個具體的存儲是一個固體的顯熱儲存，其中的管狀熱交換器的傳熱流體 嵌入在混凝土中的存儲材料。該管式換熱器是用于運輸和散發(fā)的熱傳遞流體，同時維持流體 壓力并存儲混凝土存儲熱能量。通過這種分工的功能，耐用和安全施工得以實現(xiàn)?？紤]到投 資和維護，混凝土儲存是一個好的高溫儲存方法。使用混凝土固體儲氫材料是最合適的，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)保關鍵部件。固體熱儲材料的物理特性

7、，比如，密度，比熱容，熱導率，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聯(lián)。高的熱容降低了存儲體積。高熱 導率增加了系統(tǒng)的動態(tài)。存儲器的熱膨脹系數(shù)應該與嵌入式金屬換熱器相似。一個高的循環(huán) 穩(wěn)定性對于長壽命的儲能元件非常有用。對于技術經(jīng)濟方面，高溫混凝土材料很適合作為高 溫儲存材料。長期穩(wěn)定性混凝土由DLR在烘箱實驗已經(jīng)證明通過測量強度可達500C。圖一 顯示出了他的材料特性曲線。圖一 基本的存儲模塊對于一個安達索爾型的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

8、固態(tài)存儲單元。因此，存儲將建立模塊化，由252基本存儲模塊組成。一個基本模塊的尺寸 是受限的如由可用長度的管，運輸尺寸的組件和可生產(chǎn)性。如圖一顯示出了一個模塊的優(yōu)選 尺寸。把這么多存儲單元串聯(lián)或者并連起來。63個存儲單元共有400噸，座落在一個單獨 的房間內。大小約為長300米，寬100米?？紤]到以上內容的安達索爾型拋物槽電廠，在西 班牙的成本38億歐元。圖二 由252個基本模塊組成的1100兆瓦存儲器一個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，比重會進一步增加。已經(jīng)在 20立方米的地方進行了材料的參數(shù)

9、和存儲性能的測試。測試模塊的總長度為9米，存儲混 凝土的長度是8.37米，它的高度/寬度為1.70米X 1.30米。管在工廠預登記?，F(xiàn)場運輸?shù)?運到事先準備好的基礎上?；炷翝仓?，用40厘米的模塊覆蓋側面和頂部保溫礦棉。我 們可以看出，完成測試的沒有熱絕緣。具體存儲測試模塊連接到存儲加熱/冷卻測試設備， 操作，熱油作為傳熱介質上。截至目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在200至400攝氏度工作了 13000小 時，大概600個熱循環(huán)。測試已經(jīng)證明了特定的存儲容量為0.66 / （千瓦小時）（立方米 -K）用于的具體存儲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單元名稱方程25攝氏度時400攝氏度

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

11、最大的模塊，可以通過“經(jīng)濟規(guī)?！?，提供成本優(yōu) 勢。一個典型的類的存儲介質是氧化陶瓷。這種材料類提供了廣闊的選擇，但在個別情況下， 需要的選項收窄，以確保兼容性與熱流體介質的轉移?，F(xiàn)有的工業(yè)應用實例包括在鋼鐵行業(yè)（熱風爐或“考珀”火爐）玻璃行業(yè)，工業(yè)空氣凈 化（RTO ），在這種環(huán)境下的存儲提供了一個預加熱的氣體高溫或熱回收功能。由于它的設計的靈活性，再生器存儲也非常適合于部署進一步新穎的運用，（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上的蓄電溶洞，培養(yǎng) 一個波動的電網(wǎng)整合風能和光伏發(fā)電。其70%的高往返效率是由于在基礎過程 中改進了管理方式。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)電廠再生器存儲在所述燃氣輪機的煙氣通道是一種非常有效的手 段，特別是結合CHP的時候。在這種應用中，存儲提供了一個去耦的燃氣渦輪機和蒸汽周 期的操作，允許優(yōu)化的適應電網(wǎng)的要求。（3）太陽能中央接收器基礎上的電廠風冷式接收器是另一種非常適合的應用。在每一 個再熱器單元中常壓和加壓兩個概念全都存在，雖然概念早在90年代就已提出，但所需的 太陽能特定適應仍然是一個持續(xù)的研究對象。所有這些應用都是不同的主題項目活動（DLR）， 涵蓋各個方面，包括仿真工具，設計研究和開發(fā)材料方面。為了驗證計算工具和概念，在

13、DLR斯圖加特測試床“ HOTREG ”已搭起。它的核心要素是一個五米高存儲容器內部更換 的容器，從而允許快速地交換各種存儲設置，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。圖五德國航天中心的實驗裝備在這個技術風險中，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計 中，引發(fā)了材料熱利用率差，并最終導致了表現(xiàn)不佳的操作。因此，在這方面需要妥善的設 計。其中的一個起因可能是差的流量分配器。（DLR），CFD （計算流體動力學）模型為各種 形狀的分銷商已經(jīng)被設立，用以闡述優(yōu)化設計。此外，相關的流量均勻已經(jīng)闡述了 CFD參 數(shù)研究，我們提供一

14、個簡單的方法來計算的程度初始設計的流動均勻性。要充分利用進一步改善的潛力，基于填充床的庫存是一個很有前途的替代。它提供了一 個大的比換熱面積，從而高傳熱率，允許緊湊的設計。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。是時候給出進一步的 發(fā)展了。填充層存儲的開放式問題，包括機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)生的機械負載膨脹和收縮以及隨后的壓實的大宗材料為代表的風險故障。更具體點來 說，一個主要問題是小點狀的熱機械力接觸區(qū)域，可能會導致絕緣破損或者床

15、顆粒，導致了 項目的失敗。為了解決這樣的技術風險，在德國航空航天中心正在開展的這個題的調查。這 包括模擬工具的發(fā)展，形成了基礎參數(shù)研究使用仿真工具低應力的存儲設計。該模型描述， 作為一個核心能力，大顆粒間的行為大規(guī)模存儲實現(xiàn)足夠程度的細節(jié)，是基于離散單元法 （DEM），模型計算的機械狀態(tài)和每個單獨的粒子的運動。一個耦合熱模型的基礎方程 回熱器，然后允許一個現(xiàn)實的描述熱誘導的機械負載。圖六 計算存儲的正常應力分布（左） 試驗臺的力學填充層存儲2.3固體存儲介質與外部熱如圖7.如圖8,熔巖儲存的具體存儲分布結構分析可見。雖然兩個系統(tǒng)的主要花費都是鹽， 換熱器代表了混凝土存儲的主要概念。所有的兩個項

16、目，我們認為，進一步降低成本的空間 是有限的。這個發(fā)展起來的CELLFUX的目標就是降低顯熱儲存的成本。這個項目最關鍵的因 素，就是想把存儲元件，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)。所以熱存儲器件被做成高比表面積的樣子， 雖然導熱距離比較小。在本地傳熱的一個簡單的模塊，與現(xiàn)在用空氣做導熱流體不同，我們 把它分為一個個小的空間（像細胞），進行傳熱?？諝獠淮┰竭@樣的存儲模塊的邊界。示意 圖一個的CellFlux存儲單元放到電廠中。這一數(shù)字還示出的封閉的空氣循環(huán)，熱交換器和存 儲容量為三個主要的子單一的存儲單元。巾區(qū)快II制*IUN

17、圖七熔鹽儲熱概念的資金組成in hvcllaiicints(3%圖八 混凝土儲熱的資金組成對三個主要為每個子組件各種狀態(tài)提供先進的解決方案。這個識別最好的組合代表了 CELLFUX發(fā)展最好的任務的概念。作為這些創(chuàng)新有如下選項。（1）異構存儲卷當?shù)氐拇鎯砘蚩紫抖然蛟S有所不同的。這種變化，入口的壓力損失應該要被減小。傳熱路 徑功率密度增加的應該更均勻。通過引入的存儲卷中的折流板。與應用外部彎曲的比較應該 更節(jié)省成本和空間。（2）熱交換器小部分的存儲材料被布置在管直接接觸運送傳熱流體。這種結構目的是延長的有效傳熱 面積的管的封閉的空氣循環(huán)。外表面的結構顯示了散熱片或類似的結構，以增加傳熱面。通 過

18、使用存儲材料代替金屬使成本可顯著降低。這種方法的成功至關重要的是整體的傳熱阻力。（3）風扇集成的熱交換器和風機都在考慮之列。其目的是減少兩個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 實驗論證，這個概念可以被證明。理論輔之以實驗室規(guī)模的試驗研究。這些結果將提供基礎 的布局包括試點存儲單元中的100千瓦/ 500千瓦H范圍。相比其他的概念，該項目將給出 更為有效的數(shù)據(jù)。POHAHT blocJcj_.T 件圖九 集成到一個CSP廠的CellFlux存儲的簡化方案2.4基于移動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的固態(tài) 存儲介質，如陶瓷或天然石材，是特別是有前途的。作為一個重要的優(yōu)點細粒顆粒，這樣的 材料可用于作為存儲庫存和熱傳遞介質。如下圖所示，是一個利用這個存儲技術系統(tǒng)的布局 的太陽能粒子接收機的系統(tǒng)，見圖10。然而，在放電過程中依賴于一個附加組件：要提取儲存的熱量。顆粒移動床的熱交換器 （MBHE ）是被認為是一個有利的技術選項。MBHE是一種間接的熱交換器，流動的散裝 物料重力向下移動驅動，并通過熱交換表面，其中可以是管，板或面板。它的優(yōu)點是負載低， 投資成本低，很少需要維護和調整控制，以及有一個緊湊的設計。在確定設計標準和底層 現(xiàn)象以及相關材料方面DLR在

20、正在進行的研究工作。模擬已進行的MBHE使用數(shù)值多相流 模型?？尚械脑O計方案，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果，測試模塊已經(jīng)實現(xiàn)了這樣的熱交換器。在試驗臺上已經(jīng)得出驗證仿真結果。它實現(xiàn)了一個閉環(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。比較實驗在試驗臺上進行相關規(guī)模確認計算結果：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- 步的實驗為驗證在高溫下的熱換熱器的熱性能是工作正在進行中。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)當硝酸根與亞硝酸根比為0.56 的情況，這個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。另一個重點是發(fā)展為進一步降低成本的新的熔鹽存儲概念 技術。在內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）。以前的文獻證明了一個固定的比例NO3/NO2 = 0.56的配比下證明是熔 點為80 C。圖12示出的差掃描量熱計（DSC）和熔點裝置（MPA）,導

22、致溫度系統(tǒng)的液相 線。對于溫度顏色代碼和插補，使用MATLAB 功能。得到組合熔點最低的是鋰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，即使熔點很低。我們將在SolarPaces 2012.發(fā)表這個報告。該混合物的液相線溫度最低的被標記為紅色。 此外，穩(wěn)定的測量分析法，非共晶混合物的60% （質量分數(shù)）硝酸鈉和40%，不同的氧分 壓的硝酸鉀和加熱速率（圖13）。結果表明， 升溫速率對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致的到一個更高的分解溫

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%的質量損失。它應被視為不同的質量損失的定義將導致其 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驗熱重量分析法得出40%硝酸鉀-60%硝酸鈉 的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性我們的研究結果證實了穩(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 驗。圖13的實驗的熱重分析結果的熱穩(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）。為了能夠分析和驗證創(chuàng)新的 熔鹽存儲和傳熱流體的概念，在操作條件下，熔融鹽的測試循環(huán)在DLR計劃中是2013年底。 測試新的熔鹽存儲概念和必要的組件，例如泵和閥門，將有重大利益。我們將調查熔融鹽和 不同材質的管，閥門，軸承和填料，間的化學行為。3.潛熱儲存至于效率，一個基本需求儲熱是傳熱流體的溫度之間（傳熱流體）和存儲介質的差異最 小化。這需要的等溫過程，使用的存儲介質，用于像水/蒸汽與傳熱流體兩相冷凝/蒸發(fā)過程。 一個明顯的解決方案是潛熱蓄熱系統(tǒng)。潛熱存儲系統(tǒng)，存儲材料也被命名為相變材（PCM ）， 因為他們通過，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，在凝固過程中相應釋放同樣的的熱量。在一個狹小的溫度范圍 內，潛熱儲存材料作為熱熔融和凝固使用是可行的。這些存儲系統(tǒng)中的應用，包括太陽能熱發(fā)電領域的直蒸汽利用和工業(yè)過程蒸汽蒸汽發(fā)電 利用。對于一個給定的PCM，熔化溫度是一個在一個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 間的潛熱儲存。在這種狀況下，硝酸鹽及其混合物在經(jīng)濟方面和熔化溫度方面是非常有競爭 力的。在實驗室中，我們已經(jīng)制作并證明了這樣一個實驗室模型：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。圖十四存儲蒸汽的水/蒸汽回路的示意圖（左）和實物圖（右）硝酸鹽的主要缺點是導熱系數(shù)低，通常為約0.5 W / （ M - K ）。這就要求成本效 益的設計概念克服的熱輸運性質造成的局限性。各種概念已經(jīng)闡述了提高熱傳輸?shù)姆椒?。?片管的設計，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計，這樣允許更高的傳 熱效率。高溫潛熱儲能的可行性操作已被證明在試點規(guī)模存儲使用硝酸鈉PCM。試用的儲存方式包括一個鋼管，它應用專門開發(fā)的翅片管的設計來達到所要求的高耐熱 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常壓遏 制鋼材板。水通過平行的鋼管冷凝或蒸發(fā)。該PCM的熔化溫度為305 C。試點規(guī)模的PCM 存儲模塊包含與近14萬噸硝酸鈉潛熱大約700千瓦小時。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）導致凝結。確保冷凝水排放口 介質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，通過泵，又能夠得到液態(tài)水。這個世界上最大的高示范溫度潛熱儲能成功的1兆瓦的蒸汽試驗回路在西班牙卡沃內 拉斯恩德

28、薩濱海電廠。他們在2010年和2011年的2949小時連續(xù)操作小時和95個充電/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行預期的放電容量約700 千瓦小時。雖然在恒壓模式存儲超過700千瓦的峰值功率可以被證明，但是滑壓運行下的 輸出功率超過了整個充放電過程。最后，除了強制循環(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熱化學存儲一個可逆的熱化學存儲系統(tǒng)合成或分解釋放熱量或分為兩個或兩個以上的反應物的組 合。氣-固反應特別適合這種情況，因為非常好分離。由于被打破，形成化學鍵，熱化

29、學 存儲系統(tǒng)可以實現(xiàn)非常高的存儲密度，而在同一時間有通過反應器中的壓力調節(jié)熱變形的潛 力。根據(jù)所選擇的反應體系的溫度范圍內的存儲應用程序可以被覆蓋。在DLR氧化鈣和蒸汽形成的反應氫氧化鈣已經(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 它是可逆性反應的系統(tǒng)。反應動力學速度快，而低粉末材料的熱導率的有應對合適的反應堆 概念。實驗室大規(guī)模的實驗可以證明直接加熱反應釜的功能，在那里蒸汽和惰性傳熱流體通 過直接通過一個固定的反應床（圖15）。不過，壓降要被監(jiān)視而且移動床的概念目前，具有潛在的從儲存反應器 的容量的電源去耦可能。作

30、為一個板塊正在實現(xiàn)一個間接的堆概念，在DLR，作為傳熱流體 與空氣的換熱器內置5kW的大規(guī)模的存儲容量為20千瓦小時。第一次測試的結果非常樂 觀，允許放電溫度為530 C，產(chǎn)熱能力輸出為4千瓦。圖十五實驗臺為直接加熱反應堆的氧化鈣體系圖十六5千瓦規(guī)模的間接發(fā)熱反應堆據(jù)調查顯示，這一創(chuàng)新技術的應用于集中太陽能發(fā)電廠（CSP ），應用氧化鈣/氫氧化 鈣系統(tǒng)的太陽能電廠，系統(tǒng)開發(fā)與示范10千瓦的反應器，實現(xiàn)了存儲解決同時從材料端的 反應器的發(fā)展挑戰(zhàn)。與太陽能系統(tǒng)集成電廠是定義操作熱化學存儲器參數(shù)關鍵的元素，并且 將最后使用的基礎技術經(jīng)濟評價。在低溫的情況下，DLR正在做一個100攝氏度以下的低品位工

31、業(yè)廢熱利用。對于這樣的 應用金屬氫化鹽是個有前途的候選的熱化學反應而且氯化鈣的可認定為具有高反應焓和可 逆性的。根據(jù)實驗我們對CaCl2/H2O系統(tǒng)（G）進行了操作模式詳細的熱重分析，兩種不同 的結果是可能的：具有高存儲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 在存儲密度為220千瓦小時/立方米熱力學控制的氣固反應。如果系統(tǒng)到一個更高的水合狀 態(tài)的反應反應物，并且包括相變，才能使存儲密度為370千瓦-h/m。為了研究熱的影響，和反應床內的傳質，間接加熱實驗室反應器中與充電和放電功率為 1千瓦的存儲容量為4千瓦已建成并進行了測試。鑒于氣-固反應的傳熱是有限的，所以 傳熱流體和反應物

32、質有較高的溫差，因為他們受到了傳熱的限制。然而，只要作為發(fā)生變化 的材料，水的供應被限制了，只在進口處的有少量蒸汽。因此，我們更新了一個新式的反應 床。圖十七實驗臺為氧化鈣該反應的另一個有前途的選擇，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被釋放的 蒸汽。排出的蒸汽（1巴，100C ）被作為放熱反應的氣態(tài)反應劑，導致反應溫度是170攝 氏度，這時熱可以轉移到反應物體。因此，變化在反應器中的壓力之間的脫水和水化熱有 50 C左右改造可能。5結論熱儲能配置供熱和熱需求不匹配的時間非常關鍵。這就要求我們在工業(yè)生

33、產(chǎn)的過程中， 更加注重熱存儲，改進熱管理?；剂细屿`活和太陽能熱電站的調度更加經(jīng)濟有效的， 這對發(fā)電產(chǎn)業(yè)也非常有好處。儲熱系統(tǒng)的一個特點是，他們相對于溫度，功率水平和傳熱流 體是多樣化的。這需要對產(chǎn)品組合有廣泛的理解存儲設計，途徑和方法。今天，熱儲存技術 儲量不足，熱密度有限，效率有限，可靠性不佳等缺點，而且投資成本依然很高。這種缺陷 就是進一步在各領域發(fā)展熱儲存技術的障礙。DLR現(xiàn)在的主要進程，是把熱儲存集成相關的 概念研究并開發(fā)出來，現(xiàn)在已經(jīng)領導一個小組在高溫儲熱這方面進行研究。當前的技術目標是：（1）為了減少特定存儲成本。（2）增加的存儲的能量密度材料和完善相關熱物理存儲材料的屬性。

34、（3）要確定先進的換熱充電和放電的機制。要制定符合成本效益的存儲設計。確定系統(tǒng)的優(yōu)化方法集成。由于高溫存儲應用程序調用適應的存儲概念，DLR關于各種存儲概念的工作，被證是 優(yōu)秀的。這幾年取得的成就是：模塊化的，可擴展的和可靠的混凝土要使用存儲設計可達400C。再生存儲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)電的風冷接收機提供基礎。新的存儲理念，結合從具體的存儲和再生的經(jīng)驗存儲的發(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。用沙狀顆粒材料進行搬遷粒子流化床換熱器儲存。熔鹽存儲。新鹽混合物其特征在于低的熔點。在現(xiàn)規(guī)劃階段，進行融鹽的開發(fā)，

35、 測試新的熔鹽存儲概念和必要的泵和閥門等部件。潛熱存儲這個世界上最大的高示范溫度潛熱儲能成功的1兆瓦的蒸汽試驗回路 在西班牙卡沃內拉斯恩德薩濱海電廠。他們在2010年和2011年的2949小時連 續(xù)操作小時和95個充電/放電循環(huán)。存儲與可逆熱化學氣-固反應。不同氣體的熱化學密度大概在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。幾個項目的支持來自于德國聯(lián)邦經(jīng)濟部技術部， 德國聯(lián)邦財政部環(huán)境，自然保護和核安全部。項目作為國際研究建議的一部分。本出版物的 責任人是作者。參考文獻Bahl C，Laing D， Hempel M， Stuckle A. Concrete thermal en

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