热能的存储目前主流的蓄热技术,按照蓄热材料的蓄热方式不同主要分为3大类:显热蓄热、潜热(相变)蓄热和化学反应蓄热。
(1) 显热蓄热显热蓄热的蓄热材料利用自身比热容的特性,通过温度变化进行蓄热与放热,其共同点是单位质量或体积的蓄热量大,物理及化学性质稳定,导热性好等。
液体显热蓄热材料如水,固体显热蓄热材料如碎石、土壤等,广泛应用在蓄热温度要求不高的领域,例如太阳能空调等,但是因为占用体积大,没法进行规模化使用。
诸如熔融盐、液态金属和有机物等材料也可用作显热材料。
熔盐具有高热容,宽温度范围和低粘度等优点,这使其成为典型的中高温传热蓄热材料。
(2)潜热蓄热潜热蓄热的基本原理是:材料的两相处于平衡共存状态,当一相转变为另一相时,热量被吸收或者释放。
在相变过程中每单位质量材料吸收/释放的热量称为潜热。
潜热蓄热目前是最受关注的蓄热技术,主要是因为潜热蓄热材料的储能密度明显大于显热蓄热材料的储能密度,具有很好的实际研发前景。
根据材料的相变温度,潜热蓄热材料可分为低温相变材料和高温相变材料。
低温相变蓄热材料主要用于工业中的废热回收、太阳能储存和利用以及供热和空调系统等。
离子液体及类离子液体很有潜力成为优良的中低温潜热储能材料。
高温相变蓄热材料包括高温熔化盐、混合盐、金属和合金等,主要用于航空航天、发电站等领域。
(3)化学反应蓄热化学反应蓄热也称为热化学蓄热,是一种利用化学反应过程将化学能转化为热能的蓄热方式。
这种类型蓄热方式的特点在于高能量密度,并且其储能密度高于显热储能和潜热储能。
通过催化剂作用或者产物分离的方法,热化学储能能够实现热量的长期储存。
化学反应热储存主要用于中低温蓄热。
对于具有良好可逆性、高蓄热密度、快速反应速率,产物分离和副反应(对重复操作没有影响)的反应,可以更好地用作化学反应热储能的反应。
常用的反应体系主要有多孔材料、氢氧化物、结晶水合物和复合材料。
总体来讲,目前全球范围对蓄热技术的发展很重视,但成本高依然是一大难题。
从技术成熟度来考虑,目前大规模蓄热方式的选择还是以潜热储能和显热储能为主,潜热储能的储能密度大,但成本太高;显热材料成本低、环保,但是储能密度与储能效率都比较低。
在实际的工程中,需结合具体项目所需的蓄热温度、占地面积与可接受的经济成本等方面综合考虑进行蓄热技术路线的选择。