固体储热技术现状分析.docx

固体储热技术现状分析构建清洁低碳安全高效的能源体系是我国实现碳中和的必由之路。作为未来规模储能的中坚力量，储热在推动能源绿色低碳发展方面发挥着不可替代的重要作用。热储能技术能够解决由于时间、空间或强度上的能量供给与需求间不匹配所带来的问题，存储供给高峰时的冗余能量并在需求时释放，平抑可再生能源发电波动性。热量存储设备运行灵活，长时储存性能优良；结合低谷电价和调峰政策，可适时放热于蒸汽发电工质和/或供热给水，满足清洁供热需求，实现高效灵活热电解耦，有效提高可再生能源发电渗透率。1 .固体储热技术常用的固态储热介质有混凝土、岩石及耐火砖等，相比液态储热介质，固态储热介质的工作温度更高，相同体枳时蓄热量增加，所需介质材料减少，成本降低。固体储热装置按照储热介质与传热流体是否直接接触可分为宜接接触式和间接接触式两种类型。宜接接触式储热装置的传热流体多为空气，储热环节利用电能或太阳能加热固体,放热环节空气流经多孔介质或固体颗粒的空隙使F1.身温度升高，然后用于供暧、布雷顿循环发电、作物和木材烘干等需求。由于固体储热介质与传热流体不可避免的存在传热温差，一方面传热流体无法升到最高的储热工作温度，另一方面传热流体与环境发生导热和对流的传热损失也降低了储放热循环的能量利用效率。因此，优化储热/放热过程、降低长期储热耗散、减小娴损失是当前各种固态显热储热技术的主要研究目标。2 .固体储热供热技术固体储热技术上世纪八十年代已在欧美发达国家开展了工程应用。在供热领域，固体储热装置主要包括填充床和以耐火砖为代表的多孔蓄热体。填充床以电能作为热源加热固体颗粒，空气流经间隙与颗粒直接接触完成热量传递，升温后的空气通过换热器加热给水，最后热水用于供热。针对圆柱式球形固体颗粒填充床，Maa1.iou与McCoy以获得最大经济效益为目标，提出了优化空气流速、填充床结构以及颗粒宜径等参数的方法。以太阳能作为填充床热源，可节省电能，逐渐成为了研究趋势。低温太阳能填充床储热系统以铝、砖、混凝土、铸铁、纯铁、氯化钙、铜、花岗岩和岩石（石灰石、大理石、砂岩）等为填料，易于建设、投资成本低。由于太阳能的间歇性，其集热器出口温度会在午后逐渐降低，此时若持续将空气导入填充床系统，会造成蓄热量减小，热分层水平下降。基于此，TUrkakar建立了一维瞬态有限差分模型，考虑了放热过程风扇的寄生功耗，分析了由铸铁、铜、岩石三种不同体积热容材料组成的分层填充床储热系统热、姆利用性能，依据热分层程度、储热量和烟以及空间供暖释放热量，确定了最优储热周期，结果表明采用分段床层能够有效提高填充床储热系统的蓄热量和热分层水平。以硅镁耐火砖为储热介质的固体蓄热式电锅炉技术发展成熟，近年来研窕主要集中在优化参数设计、提高传热性能和弃电消纳能力评价等方面。邢作骸等采用流固耦合方法对蓄热结构传热过程进行数值模拟，分析蓄热结构内部温度变化及流体动力学特性，优化了通道结构、隙率及进口空气流速等参数，并完成了250kW实验台性能验证。曹丽华等提出了热化风电消纳系数，采用两级评价体系，综合考虑能源、运行及经济三个一级目标和多个二级目标，通过计算评价固体蓄热式电锅炉的弃电消纳能力。3 .热电解耦技术我国北方地区的燃煤热电机组冬季要满足供热需求，由于系统灵活性受限，无法参与深度调峰，造成了严市弃风弃光，亟需高效灵活热电解耦技术促进消纳更多的可再生能源电力。储热可有效存储汽轮机抽汽及风光弃电制热，并根据供热负荷需求进行调控放热，增加热电联产机组运行灵活性，提高能量利用效率。如上所述，当前火力发电厂热电解耦主要依靠储热水罐和固体电蓄热装置。在储热装置与火电机组的适配性评价和协调调度方面，金国强等计算了某330MW抽汽式供热机组加装储热罐前后的安全性，量化了供热和发电解耦指标并进行了对比分析，结果表明储热罐改造能够大幅提升机组的热电解耦和深度调峰能力。孙鹏等基于ANSYS软件模拟了固态蓄热体的温度场，并分别建立了固体蓄热式电锅炉、供热网络和建筑物热惯性模型,以最小化综合运行成本为优化目标，考虑机组、电网和热负荷需求等约束条件，对东北某热电联供系统进行优化求解，结果表明考虑热力系统多重热惯性的电热联合协调优化运行策略可以有效降低电热耦合强度，提高系统的灵活性和经济性。总结固体储热技术作为显热储热技术之一，成本低廉、技术成熟度高,提高储放热循环效率为当前主要突破方向。当前火力发电厂热电解耦主要依靠储热水罐和固体电蓄热装置，储热技术配合可以增加热电联产机组运行灵活性，提高能量利用效率，具有巨大的工程应用潜力。