美国南弗罗里达大学在显热-潜热混合储热方面取得新进展

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技术领域：显热-潜热混合储热

开发单位：南弗罗里达大学 Kelly Osterman

技术突破：探索了一种混合显热-潜热储热系统，来提供约650 °C的稳定释能温度，结果表明，所分析的显热-潜热混合储热系统允许保持较高的能量效率和㶲效率(分别为99%和93%)。

文章名称：Kelly Osterman. Effect of PCM fraction and melting temperature on temperature stabilization of hybrid sensible/latent thermal energy storage system for sCO2 Brayton power cycle. Energy Conversion and Management, 2021.

应用价值：可用于超临界二氧化碳布雷顿循环储热，同时实现系统㶲效率的最大化。

为了最大限度地提高动力循环的运行效率，需要尽可能维持在循环设计点附近工作。对于超临界二氧化碳布雷顿循环，涡轮入口温度约为650 °C至750 °C，压力约为20-25Mpa。目前聚光太阳能电站使用的大部分储热方式是熔盐中的直接显热储存，需要两个分别用于蓄冷和蓄热的储罐，并且传统熔盐材料存在热稳定性不佳的问题。尽管使用氯化盐可以解决温度限制的问题，但是具有较强的腐蚀性，需要使用特殊的罐体材料。另一种储热方式是使用固体材料进行显热储热，例如岩石，但是这种方式将导致能量密度低，随着释能过程进行，出口温度出现衰减，导致耦合热力学循环的效率降低。

来自南弗罗里达大学的研究人员通过数值研究的方式，探索了一种混合显热-潜热储热系统，来提供约650 °C的稳定释能温度，同时实现系统㶲效率的最大化。价格低廉的岩石显热蓄热材料提供了主要的储热能力，同时储罐顶部的少量相变材料提供了稳定输出温度的能力。使用的相变材料包括盐类及其混合物，熔化温度在657至680 °C，相变材料占比较低时测试工况点分布更密集。结果表明：提高相变材料占比使得稳定时间增长，但是初始释能温度降低；提高熔化温度使得稳定温度提高，但是稳定时间缩短。所分析的系统配置获得了较高的能量效率和㶲效率(分别为99%和93%)，使系统能够在最小程度减少发电量的情况下耦合到电源模块。

图1 混合显热-潜热储热系统储能(A)和释能模式(B)的示意图

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华中科技大学在显热-潜热联合储热方面取得新进展

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技术领域：显热-潜热联合储热

开发单位：华中科技大学 Kuo Zeng

技术突破：研制了一种间歇流并联显热-潜热联合蓄热装置，在多级间歇模式下运行，充分熔化时间相比于连续流动模式缩短8.73%。

文章名称：Hongyang Zuo, Kuo Zeng. Development and numerical investigation of parallel combined sensible-latent heat storage unit with intermittent flow for concentrated solar power plants. Renewable Energy, 2021.

应用价值：提出的间歇流并联显热-潜热联合蓄热装置可以提高充放电功率，从而提高聚光太阳能发电的经济性。

太阳能利用和工业余热回收是缓解能源压力的有效途径，但这些热能资源的间歇性、不稳定性和波动性一直制约着其应用。储热技术是缓解这些固有缺陷的有效选择之一。显热储热成本低、传热性能较强，但是在释能后期存在换热流体出口温度衰减和体积储能密度较低的问题。潜热储热具有体积储能密度高、储/释热温度较稳定的优点，但是相变材料导热系数较低的问题依旧没有解决。

来自华中科技大学的研究人员提出了将显热和潜热相结合的概念，以结合两者的优点，同时削弱它们的缺点。他们研制了一种间歇流并联显热-潜热联合蓄热装置，换热流体在两个管子之间交替流动，在单个管子内产生循环间歇，以增强传热性能。同时建立了一个二维瞬态模型，并使用已有的实验结果进行了模型的验证。研究了传热流体间歇循环长度对换热性能的影响，并采用递推方法得到了熔融过程不同阶段最佳间歇长度的变化规律。结果表明，每个阶段的最佳间歇周期长度是关于时间或熔化分数的函数，有一个初始的非线性区域，随后有一个线性区域。区分这两个区域的临界点与熔融前沿的传播有关。这些传热流体间歇性与熔融行为之间的关系为提高并联显热-潜热联合蓄热单元的传热性能提供了指导。研究结果建议采用多级间歇模式，与连续模式相比，充分熔化时间进一步缩短8.73%。这种设计可以提高充放电功率，从而提高聚光太阳能发电站的经济性。

图2 间歇流并联显热-潜热联合蓄热装置示意图