太阳能蓄热技术综述课件.ppt

1、 太阳能蓄热技术太阳能蓄热技术 1.能量存储概述 2.太阳能蓄热技术 3.太阳能供暖用储热技术 一、能量存储概述一、能量存储概述 蓄电池 抽水储能 飞轮储能 超导线圈储能 化学储能 相变储热 显热储存1.蓄电池蓄电池 蓄电池是电能和化学能相互转换的装置，现在广泛运用在各个领域，但总的来说价格还是较昂贵储电量有限，只能用在小用电量的地方。2.抽水储能抽水储能 该方法在水电站得到应用，一般是在电力有剩余时（例如夜晚），利用多于电力把水从下游重新抽回水库。在白天用电高峰再用水力把电发出来，从而保持电网电力平衡。3.飞轮储能飞轮储能 靠一个很重的飞轮高速转动来储存动能，这是科学界一直在研究的课题，但尚

2、没得到广泛应用。4.超导线圈储存电能超导线圈储存电能RUI/在接近绝对零度条件下，导体的电阻可接近零，这就是超导现象。用超导体做成的电圈可容可容纳巨大的电流量，从而可储存大量电能。这是现在科研的前沿课题。5.化学储能化学储能 太阳能制氢气 物质与水反应产生水化热，例如：CaO+H2O=Ca(OH)2+Q 56 18 74 Q=27.8kcal 100g 32.14g 132.14g Ca(OH)2失水温度为580，聚光式太阳能可以达到这个温度，但逆反应生成的高温氧化钙具有大量显热和潜热，如何利用这部分能能量是难解决的技术问题。6.相变储热（潜热储能）当物质状态变化，如固态变为液态、液态变为固态

3、时，具有吸放热的特性。所谓相变储热，就是用物质相变吸收热量储热。优点：热量输入输出，储热材料温度基本保持不变 相变温度与供热对象温度基本一致时，可大大 减少储存热量的损失。一般相变吸放的热量大，每千克几百千焦数量级，储存相同热量所需相变材料质量约为水的1/31/4，或岩石的1/51/20。7.显热储能 显热是指物质在温度上升或下降时所吸收的热量，在这个过程中物体本身并不发生变化。常用介 质：水、岩石、土壤等。用水作储热材料目前广泛应用于太阳能热利用上。二、太阳能蓄热技术二、太阳能蓄热技术u太阳能储存含义u太阳能储存方法u总结1.太阳能储存含义太阳能储存含义 白天储存晚上使用。晴天储存阴天使用。

4、夏天储存冬天使用。在太阳能有富裕的时候，储存起富余的能量，在太阳能缺乏的时候使用。2.太阳能储存方法太阳能储存方法、直接储存、太阳能转化为电 能或者机械能。显热储存相变储存化学反应储存、太阳能的直接储存、太阳能的直接储存 显热储存显热储存l 显热储存原理简单，材料来源丰富，成本低廉，是研究最早，利用最广泛，技术最成熟的太阳能热储存方式。l 常见储存方式：储水罐（箱）、地下水窖。l 储水罐（箱）一般用于太阳能的短期储存，主要用来提供生活热水。l 地下水窖一般用于太阳能的长期储存，而且成本低，占地少，是一种很有发展前途的储热方式。相变储存相变储存l 将相变储热材料应用于温室来储存太阳能始于80年代

5、，相变储存具有储能密度高，放热过程温度波动范围小等优点，已经得到了越来越多的重视。l 相变材料主要有CaCl6H2O、NaSO410H2O和聚乙二醇。太阳能热发电储热系统中的相变储热材料主要为高温水蒸气和熔融盐，利用熔融盐作为储热介质具有温度使用范围宽，热容量大，粘度低，化学稳定性好等优点，但盐类相变材料在高温下对储热装置有较强的腐蚀性。现有研究表明可以应用于空间太阳能热动力系统的相变材料主要为金属及合金和氟盐及其共晶混合物等，目前研究较多的是氟盐及其共晶混合物，但其液固相变转化时体积收缩较大及热导率低的缺点，容易导致“热松脱”和“热斑”现象，对储热装置的长期稳定非常不利。l 用地下水窖储存太

6、阳能，可以用来提供生活热水和冬季供暖。l 德国汉堡生态村的联排住宅屋面上全部安装了太阳能集热板，用来加热循环水。水加热后被贮存到一个平方米的地下保温水池里，贮存的热水可供住在这里的多户居民的生活热水和采暖。这个太阳能集热装置及地下保温水池为生态村居民提供了以上的热能，仅此一项每年可节电，可少排放吨二氧化碳。化学反应储存化学反应储存 化学反应储存是利用化学反应的反应热的形式来进行储热，具有储能密度高，可长期储存等优点。用于贮热的化学反应必须满足：反应可逆性好，无副反应；反应迅速；反应生成物易分离且能稳定贮存；反应物和生成物无毒、无腐蚀、无可燃性；反应热大，反应物价格低等条件。实验研究过的几个反应

7、：实验研究过的几个反应：美国太阳能研究中心采用CaO与H2O，进行了小规模的储热试验研究，指出化学反应储热系统约束条件苛刻，价格偏贵，但认为氢氧化物与氧化物之间的热化学反应将是化学反应储热的潜在。CaO+H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2 CaO+H2O 放热吸热 天然气的太阳能热化学重整是使低链烃CH4与H2O或CO2发生反应，重整后的产物主要是CO和H2的混合物，太阳能通过吸热的化学反应储存为燃料的化学能，反应产物（混合气）的热值得以提升。CH4+H2O CO+H2 CH4+CO2 CO+H2 澳大利亚国立大学提出一种储存太阳能的方式叫做“氨闭合回路热化学过程”，在这个系统里，氨吸热太

8、阳能分解成氢与氮，储存太阳能，然后在一定条件下进行放热反应，重新生成氨，同时放出热量。NH4 N2+H2 N2+H2 NH4吸热吸热吸热放热、太阳能发电、太阳能发电太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵510倍。光电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本

9、装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。3.总结总结u太阳能热储存技术是一项复杂的技术，无论从技术层面和投资成本来看，太阳能热储存技术都是太阳能利用中的关键环节。从现有的研究来看：显热储存

10、研究比较成熟，已经发展到商业开发水平，但由于显热储能密度低，储热装置体积庞大，有一定局限性。化学反应储热虽然具有很多优点，但化学反应过程复杂、有时需催化剂、有一定的安全性要求、一次性投资较大及整体效率仍较低等困难，目前只处于小规模实验阶段，在大规模应用之前仍有许多问题需要解决。相变储存凭借其优越性吸引着人们对其进行大量的研究，发展势头强劲。然而常规相变材料在实际应用过程中存在的种种问题，诸如无机相变材料的过冷和相分离现象以及有机相变材料的导热率低等问题，严重制约了相变储存技术在太阳能热储存中的应用。此外，降低相变储热的应用成本亦是将相变储存技术大规模应用太阳能热储存前必须解决的一个现实问题。三

11、、太阳能供暖系统用蓄热技术三、太阳能供暖系统用蓄热技术太阳能供暖系统简介太阳能供暖常用蓄热方式太阳能地下热储存的基本原则1.何谓太阳能供暖系统？何谓太阳能供暖系统？太阳能供暖系统是以太阳能作为能源，完全替代或部分替代以煤、石油、天然气、电力等作为能源的锅炉。太阳能集热器获取太阳辐射能而转化的热量，通过散热系统送至室内进行采暖，过剩热量储存在储热水箱中内；当太阳能集热器收集的热量小于供暖负荷时，由储存的热量来补充；若储存的热量不足时，由备用的辅助热源提供。2.太阳能供暖常用蓄热方式太阳能供暖常用蓄热方式 半日储存 .利用水箱储热 隔日储存 半日储存：适用于散热片散热的系统，白天收集的太阳能一半在

12、白天使用，一半在晚上用。储热水箱储热量满足夜间供热即可。一般采暖面积1001t水箱。隔日储存：对于地板辐射采暖，储热水箱储热量满足隔日第二天全天供暖需求。一般采暖面积1002t水箱。对于散热片散热的系统，储热水箱储热量既要保证当日夜间供热，又要保证次日一整天供热。一般采暖面积1003t水箱。.利用地下热储存 短期储存：晴天收集太阳能供当天用外，剩余储存供 阴天用，一般采暖面积100需3060m水窖容积。所需集热器面积较大。中期储存：春夏秋季储存太阳能，弥补冬天阴天和日照较弱天气所缺供暖热量。一般采暖面积100需60m以上水窖容积。所需集热器面积小于方案。长期储存：春夏秋季储存太阳能加上冬天收集

13、的太阳能，满足整个冬季供暖需求，该系统需要综合利用水和土壤的蓄热能力，实现长时间大容量的热储存。所需集热器面积最小。短期储存中期储存长期储存3.太阳能地下热储存的基本原则太阳能地下热储存的基本原则尽量采用较低的储存温度 储存温度越低，集热器的工作温度就越低，集热效率就越高；另一方面，储存温度越低，水窖向外散失的热量越少，总的系统效率就越高。尽量采用大容量的储热系统 容量大必然储存热量大。采用大容量储热可以适当降低储热温度，可提高集热器效率，降低热损失。除热系统的容量越大，单位热容量个平均外周面积就越小，单位热容量的热损失就越小。尽量把储热材料储存在地下深处 土壤虽然是热量的不良导体，但比常用的隔热材料导热能力要强得多，只有储热材料储存在地下深处，增加传热阻力，才可减少地表的热损失。