法国洛林大学在长期储热方面取得新进展

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技术领域：长期储热

开发单位：法国洛林大学 A. Celzard, Alain

技术突破：成功进行了碳泡沫疏水化的处理，完全维持了主体相变材料的熔点和熔化焓，并完全避免了相变材料的异质成核，同时将热导率控制在季节性太阳能储热应用所需的范围内。

文章名称：P. Jana, A. Celzard, et al. Hydrophobised carbon foams for improved long-term seasonal solar thermal energy storage. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2021.

应用价值：疏水性最强的碳泡沫可以促使主体相变材料的显著过冷，这对于长期储热是一个极为出色的特征。

相变材料的热导率大都过低，从而导致热交换器尺寸过大以及系统效率的降低，尤其是当传热流体的温度接近相变材料的熔点/结晶点时，例如应用于建筑领域的太阳能储热(STES)。使用在室温附近的季节性储热有望在数周至数月的时间内工作，但需要附加条件来提高效率。基于糖醇的相变材料季节性太阳能储热展现出独特优势，因为糖醇具有以下特性，如低成本、容易获取、无毒和无腐蚀性、高能量密度(130–200 kWh m−3)、低熔点(通常在70–120 摄氏度)以及显著且稳定的过冷度等。由于糖醇均为高极性分子，因此当它们被包裹在低表面能的多孔碳基质中，能阻止微晶的成核，从而有利于过冷。

此研究旨在评估以优化的碳泡沫作为基于糖醇的季节性太阳能储热的多孔传热强化基质的性能，以及它们在过冷状态释热的储热效率。通过四种不同的技术进行了蔗糖基碳-石墨填料复合泡沫的疏水化，尽管并非所有的表征技术都可以系统地使用，但可以观察到处理后的样品疏水性不同程度的增强。将糖醇渗入碳泡沫中的杂化材料的机械性能和热导率显著高于原始碳泡沫，没有表面处理将引起宏观孔隙率或导热率损失。化学计量为CF0.07的碳泡沫是唯一能够避免糖醇完全异质成核的材料。疏水性最强的碳泡沫能够促使主体相变材料的明显过冷，这对于长期储热而言是一个出色的特征。

图1 用于季节性STES的基于糖醇的典型碳泡沫(蔗糖炭/石墨颗粒)

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华北电力大学在长期储热方面取得新进展

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技术领域：长期储热

开发单位：华北电力大学 Jianhua Fan

技术突破：结合短期储热和长期储热开发了可变供热系统，在稳定的过冷状态下，储能期间储罐中存储了21.7 kWh的热量，释放了14.0 kWh的显热和7.6 kWh的潜热。蓄热器在储电期间具有高于340 W/K的较强的换热能力。

文章名称：Gang Wang, Jianhua Fan. Thermal characteristics of a long-term heat storage unit with sodium acetate trihydrate. Applied Thermal Engineering, 2021.

应用价值：对于可变供热系统，将短期储热和长期储热结合是有效的。

潜热储热系统由于储能密度高以及同时可用于短期和长期储热，因此是一项适用于家用储热系统的技术。当前对相变材料储热的研究大部分是理论上的，且处于概念验证的早期阶段，缺乏大规模生产和商业化的全面蓄热研究。同时，常见的家用蓄热器是为短期存储而设计的，热量不能长时间存储。

研究人员测试了使用75 L水和137.8 kg相变材料的潜热储热，使用具有稳定的过冷能力的三水合乙酸钠基复合材料作为相变材料。存储装置的显热用于短期储热，潜热用于长期储热。对于可变供热系统，将短期储热和长期储热结合是有效的。通过实验方式分析了蓄热器的热功率和换热能力。为研究长期储热，探究了稳定过冷的成功率。结果表明，在测试条件下，储能期间储罐中存储了21.7 kWh的热量，显热释热期间（短期储热）释放了14.0 kWh热量，潜热释热过程中释放了7.6 kWh的热量（长期储热）。三水合醋酸钠在66％的测试循环中保持稳定的过冷状态。蓄热器在储电期间具有高于340 W/K的较强的换热能力。

图2 储热单元(左)和用于观察蓄热器内部管道的歧管板(右)