光熱低溫餘熱回收利用(中低溫相變儲能材料選擇)

光熱低溫餘熱回收利用(中低溫相變儲能材料選擇)

太陽能光熱發電是指利用大規模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能,通過換熱裝置提供蒸汽,結合傳統汽輪發電機的工藝,從而達到發電的目的。

採用太陽能光熱發電技術,避免了昂貴的硅晶光電轉換工藝,可以大大降低太陽能發電的成本。而且,這種形式的太陽能利用還有一個其他形式的太陽能轉換所無法比擬的優勢,即太陽能所燒熱的水可以儲存在巨大的容器中,在太陽落山後幾個小時仍然能夠帶動汽輪發電。

光熱雖說作為新能源的一種,但對標的不應是光伏和風電,應該對標的是傳統燃煤電站。自帶儲能屬性決定了光熱發電是具有平穩輸出能力的。

儲能提供了平穩輸出能力,同時進一步加大低品位熱能的利用,是更加提高光熱經濟性的方式,光熱本身就提供了儲能介質,所以發電後端餘熱的利用,同樣值得人們的關注。

中低溫相變材料溫度區間擬定於110度至180度之間,在這期間內通過大量的技術積累,目前市面上常見的材料為以下6種,即

  1. D-mannitol甘露醇;
  2. NaOH/KOH;
  3. (NaNO3-NaN02)/MgO;
  4. NH4SCN ;
  5. 癸二酸/石墨基;
  6. Complex Substance。

甘露醇可固-液相轉變溫度為164.6°C,相變潛熱為322.8J/g,固相導熱係數為0.6W·m-1·K-1。液-固相轉變溫度為127.87°C,其相變潛熱為266.8J/g;甘露醇具有明顯的過冷現象。NaOH/KOH物質的量比例變化,相變溫度145~318°C;(NaNO3-NaN02)/MgO,複合中溫儲熱磚體系,相變溫度150~450°C,蓄熱量(447±2)kJ/kg;NH4SCN從室溫加熱到150℃發生固一固相變時,相轉變焓較高,相轉變溫度範圍寬,過冷程度輕,穩定性好,不腐蝕,是一種很有前途的儲能材料;癸二酸/石墨基複合PCMs,癸二酸85%時,複合PCMs具有128℃的相變溫度和高達187 J/g的相變潛熱,幾乎沒有過冷行為和性能損失,既提高了材料的導熱性,又展示了極好的熱可靠性、熱穩定性和成型性能,在潛熱儲存方面具有巨大的潛力;相變材料-固化劑-環氧樹脂-高密度聚乙烯-膨脹石墨。

相對的材料應用市場廣闊,低溫餘熱製冷:加熱熱源溫度要求不高 ,一般只要100~200℃就可滿足要求;低溫餘熱發電:低品位熱能汽輪機、有機工質朗肯循環 (ORC)透平、全流透平、螺桿膨脹機;化學熱泵:利用異丙醇 - 丙酮 - 氫發生反應的化學熱泵 ,利用可逆化學反應回收低溫餘熱 ,熱量會被吸熱的化學反應吸收併產生新的化學物質;低溫除濕:以低溫餘熱驅動的除濕技術有液體吸收式除濕技術和轉輪除濕技術。

由此可見,光熱低溫餘熱回收利用中市場廣闊,只是需要進一步確認設備與材料的兼容性,以及實際到工業化批量生產環節時,實際應用中的效果,這些還需要進一步的生產論證。


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