相变材料与相变储能技术ppt课件.pptx
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物主要内容1 12 23 34 45 5概概 述述研究和应用现状研究和应用现状相变储能技术的原理和特点相变储能技术的原理和特点相变储能材料相变储能材料结结 语语我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的
2、东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一节 概 述 热能储存是能源科学技术中的重要分支。在热能储存是能源科学技术中的重要分支。在能量转换和利用的过程中,常常存在供求之间在能量转换和利用的过程中,常常存在供求之间在时间上和空间上不匹配的矛盾,如电力负荷的峰时间上和空间上不匹配的矛盾,如电力负荷的峰谷差,太阳能、风能和海洋能的间隙性,工业窑谷差,太阳能、风能和海洋能的间隙性,工业窑炉的间断运行等。由于储能技术可解决能量供求炉的间断运行等。由于储能技术可解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾,因而是提高能源在时间和空间上不匹配的矛盾,
3、因而是提高能源利用率的有效手段。利用率的有效手段。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜热热( (相变热相变热) )储存,显热储存是利用材料所固有的储存,显热储存是利用材料所固有的热容进行的;潜热储存,
4、或称相变储能,它是利热容进行的;潜热储存,或称相变储能,它是利用被称为相变材料的物质在物态变化用被称为相变材料的物质在物态变化( (固固液,液,固固固或气固或气液液) )时,吸收或放出大量潜热而进行时,吸收或放出大量潜热而进行的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛,因的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛,因此,在储能技术领域占有极其重要的地位。此,在储能技术领域占有极其重要的地位。 相变材料相变材料(phase change materials,PCM)或称相变储能材料,它属于能源材料的范畴。广或称相变储能材料,它属于能源材料的范畴。广义来说,是指能被利用其在物态变化时所吸收义来说,是指能被
5、利用其在物态变化时所吸收(放放 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物出出) )的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说,的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说,是指那些在固是指那些在固液相变时,储能密度高,性能稳液相变时,储能密度高,性能稳定,相变温度适合和性价比优良,能够被用于相定,相变温度适合和性价比优良,能够被用于相变储能技术的材料。变储能技术的材料。 显然
6、,相变储能显然,相变储能( (热和冷热和冷) )技术是以相变储能技术是以相变储能材料为基础的高新技术,因为它储能密度大且输材料为基础的高新技术,因为它储能密度大且输出的温度和能量相当稳定,所以具有显热储能难出的温度和能量相当稳定,所以具有显热储能难于比拟的优点。目前,相变储能技术可作为工业于比拟的优点。目前,相变储能技术可作为工业节能系统和高新技术产品开发的基础,用以满足节能系统和高新技术产品开发的基础,用以满足人们对系统和产品的特殊性能及成本的要求。它人们对系统和产品的特殊性能及成本的要求。它可以利用电热蓄能可以利用电热蓄能( (冷和热冷和热) )来来“电力削峰填谷电力削峰填谷”, ,我吓了
7、一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物也可用于新能源、工业余热利用、新型家用电热也可用于新能源、工业余热利用、新型家用电热电器的开发及航空航天等领域。电器的开发及航空航天等领域。 在新能源,如太阳能、风能和海洋能等间歇在新能源,如太阳能、风能和海洋能等间歇性绿色能源利用方面,相变储能技术也具有非常性绿色能源利用方面,相变储能技术也具有非常重要的作用。重要的作用。 我国的
8、能源利用率很低,大约我国的能源利用率很低,大约3030以上,与以上,与发达国家的发达国家的40405050相比,还有较大的距离。相比,还有较大的距离。我国的环境保护还存在许多问题,因此,研究、我国的环境保护还存在许多问题,因此,研究、掌握和利用一切可行的高新技术,包括相变储能掌握和利用一切可行的高新技术,包括相变储能技术来提高我国的能源利用率及改善环境。是我技术来提高我国的能源利用率及改善环境。是我国从事材料与能源工作的科技人员、企事业管理国从事材料与能源工作的科技人员、企事业管理人员和工人的神圣职责,也是我们研究和应用相人员和工人的神圣职责,也是我们研究和应用相变储能技术的意义。变储能技术的
9、意义。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第二节 相变材料和相变储能技术 的研究和应用现状 自自2020世纪世纪7070年代石油危机后,热能储存技术年代石油危机后,热能储存技术在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。在工业节能和新能源领域的应用日益受到重视。由于相变储能元件及其构成的储能式换热器的体由于相变储能元件及其构成的储能式换热器的体积小,储能密度大和
10、热惯性小,对它的研究和应积小,储能密度大和热惯性小,对它的研究和应用已受到各工业发达国的普遍重视。国际上已召用已受到各工业发达国的普遍重视。国际上已召开了多次有关储能技术研究及应用专题会议,在开了多次有关储能技术研究及应用专题会议,在新型储能材料及应用技术上亦取得显著的进展。新型储能材料及应用技术上亦取得显著的进展。美、英、法、德、日等国家在储能技术研究及应美、英、法、德、日等国家在储能技术研究及应用上都制定了长期的发展规划用上都制定了长期的发展规划 。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了
11、一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 相变储能材料是基础,因此在相变储能技术相变储能材料是基础,因此在相变储能技术领域,首先是研究和开发相变潜热大,性能稳定领域,首先是研究和开发相变潜热大,性能稳定和性价比高的相变材料。其次是应用,主要涉及和性价比高的相变材料。其次是应用,主要涉及储能元件,储能换热器和储能系统的相变传热,储能元件,储能换热器和储能系统的相变传热,相变材料与换热流体的对流耦合换热,材料的腐相变材料与换热流体的对流耦合换热,材料的腐蚀与防护,系统的设计等方面。除了对传统的无蚀与防护,系统
12、的设计等方面。除了对传统的无机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研究外,近年来,对新相变储能材料的研制,存在究外,近年来,对新相变储能材料的研制,存在从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观到纳米微胶囊化的趋势,定形相变材料、相变到纳米微胶囊化的趋势,定形相变材料、相变材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、太阳能等领域的应用成为研究的热点。太阳能等领域的应用成为研究的热点。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也
13、感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物国外的发展状况:国外的发展状况:从从20世纪世纪70年代起年代起1980年年1989年年对传统的无机盐、无机水合盐、金属等对传统的无机盐、无机水合盐、金属等相变材料进行了连续和系统的研究和应用相变材料进行了连续和系统的研究和应用美美国国Birchenall等提出采用合金作为相变等提出采用合金作为相变材料,提出了三种典型状态平衡图和二元材料,提出了三种典型状态平衡图和二元合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法合金的熔化
14、熵和熔化潜热的计算方法 。美国的美国的Telkes对对Na2S0410H2O等等水合盐相变材料做了大量研究工作,水合盐相变材料做了大量研究工作,并建起了世界第一座并建起了世界第一座PCM被动太阳房。被动太阳房。 Kedl和和Stoval第一次研究第一次研究制成浸有制成浸有18烷石蜡的相变墙板。烷石蜡的相变墙板。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物1991年年德
15、国利用德国利用Na2SO4SiO2制成高温蓄热砖,制成高温蓄热砖,并建立太阳能中央接收塔的储热系统。并建立太阳能中央接收塔的储热系统。 Feldman等采用两种方法制备了相变储能等采用两种方法制备了相变储能石膏板;日本利用不同含石膏板;日本利用不同含Si量的量的AlSi合金合金相变储能材料进行工业余热回收应用研究相变储能材料进行工业余热回收应用研究1995年年2000年年Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料对注入了脂肪酸和石蜡相变材料的石膏墙板的热动态特性进行了测试的石膏墙板的热动态特性进行了测试 2006年年Hammou等设计了一个含相变材料的等设计了一个含相变材料的混合热能储存系统混合
16、热能储存系统 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物国内的发展状况:国内的发展状况:从从20世纪世纪70年代末年代末1978年年开始开始中国科技大学、华中师范大学、广州能源中国科技大学、华中师范大学、广州能源研究所等单位就开始了对无机盐、无机研究所等单位就开始了对无机盐、无机水合盐、金属等相变材料研究的工作。水合盐、金属等相变材料研究的工作。 葛新石等对相变材料的
17、理论和应用做了详细葛新石等对相变材料的理论和应用做了详细的研究工作。阮德水等对典型的无机水合盐的研究工作。阮德水等对典型的无机水合盐Na2SO410H2O等的相图、储存、成核等的相图、储存、成核作用过冷问题、热物性等进行了系统研究。作用过冷问题、热物性等进行了系统研究。西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共同利用西藏盐湖盛产的芒硝、硼砂等无机水同利用西藏盐湖盛产的芒硝、硼砂等无机水合盐类矿产,加入独创的悬浮剂等成功合盐类矿产,加入独创的悬浮剂等成功研究太阳能高密度储热材料。研究太阳能高密度储热材料。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样
18、一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物863计划研究将金属相变储能锅炉应用于计划研究将金属相变储能锅炉应用于太阳能热发电太阳能热发电 2008年年开始开始20世纪世纪90年代年代有机相变材料进行研究,包括测试材料的有机相变材料进行研究,包括测试材料的热物理性质、化学稳定性及对环保的影响热物理性质、化学稳定性及对环保的影响等等 .石蜡现在常被制成各种定形相变材料、石蜡现在常被制成各种定形相变材料、微胶囊材料、复合相变材料等
19、,用于太阳能微胶囊材料、复合相变材料等,用于太阳能蓄能系统、空调系统的蓄能和建筑节能中蓄能系统、空调系统的蓄能和建筑节能中 20世纪世纪90年代初年代初对对AlSi合金进行研究和应用,华中合金进行研究和应用,华中科技大学黄志光等用于聚光式太阳灶。科技大学黄志光等用于聚光式太阳灶。广州能源研究所和广东工业大学张仁元、广州能源研究所和广东工业大学张仁元、柯秀芳等多年的研究表明,金属具有储能柯秀芳等多年的研究表明,金属具有储能密度大、储热温度高、热稳定性好、导热密度大、储热温度高、热稳定性好、导热系数高、性价比良好等特点,在中高温系数高、性价比良好等特点,在中高温相变储能的应用中具有极大的优势。相变
20、储能的应用中具有极大的优势。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 定形相变储能材料,在相变前后均能维持原定形相变储能材料,在相变前后均能维持原来的形状来的形状( (固态固态) ),可分为固,可分为固固定形相变储能材固定形相变储能材料和固料和固液定形相变储能材料。定形相变材料独液定形相变储能材料。定形相变材料独有的性能使其具有广阔的应用前景,在建筑节能有的性能使
21、其具有广阔的应用前景,在建筑节能领域用做隔热保温墙体材料。固领域用做隔热保温墙体材料。固固相变材料主固相变材料主要有高密度聚乙烯和层状钙钛及无机盐类等。要有高密度聚乙烯和层状钙钛及无机盐类等。固固液定形相变储能材料实际上是一类复合相变液定形相变储能材料实际上是一类复合相变材料,主要是由两种成分组成:一是工作物质;材料,主要是由两种成分组成:一是工作物质;二是载体基质。工作物质利用它的固二是载体基质。工作物质利用它的固液相变进液相变进行储能,可以是各类固行储能,可以是各类固液相变材料,如石蜡、液相变材料,如石蜡、硬脂酸、水合盐、无机盐等。载体基质主要是用硬脂酸、水合盐、无机盐等。载体基质主要是用
22、来保持材料的不流动性和可加工性。来保持材料的不流动性和可加工性。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 相变材料的研究越来越广泛,有些相变材料相变材料的研究越来越广泛,有些相变材料也实现了商品化,但人们对高潜热相变材料的稳也实现了商品化,但人们对高潜热相变材料的稳定性和可靠性问题的研究一直没能取得突破性进定性和可靠性问题的研究一直没能取得突破性进展。我们都知道,
23、水合盐类相变材料具有较高的展。我们都知道,水合盐类相变材料具有较高的潜热密度,可供选择的熔点范围也很广,是很有潜热密度,可供选择的熔点范围也很广,是很有应用前景的相变材料,但在研究和实验过程,经应用前景的相变材料,但在研究和实验过程,经多次熔化一凝固热循环后混合物就出现相分层多次熔化一凝固热循环后混合物就出现相分层和过冷现象,从而使相变性能恶化,因此长期以和过冷现象,从而使相变性能恶化,因此长期以来一直是水合盐类潜热储热技术需要解决的最主来一直是水合盐类潜热储热技术需要解决的最主要的难题。显然,相变储能材料是相变储能技术要的难题。显然,相变储能材料是相变储能技术的核心和基础。目前,正是由于大多
24、数的核心和基础。目前,正是由于大多数PCMPCM的长期的长期我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物性能衰减、对容器的腐蚀性和性价比差,使相变性能衰减、对容器的腐蚀性和性价比差,使相变储能技术的工程实用和产业化存在一定的困难。储能技术的工程实用和产业化存在一定的困难。 除了金属外,所有的相变材料都存在导热系除了金属外,所有的相变材料都存在导热系数小,传热性能差的问题
25、,这显然影响能量储放数小,传热性能差的问题,这显然影响能量储放速度,因此,如何在材料上和热交换技术上强化速度,因此,如何在材料上和热交换技术上强化传热依然是相变储能技术需要加强研究的问题。传热依然是相变储能技术需要加强研究的问题。 有效减少热损失,强化保温是相变储能技术有效减少热损失,强化保温是相变储能技术的重要环节,但对于高温储能,由于目前的保温的重要环节,但对于高温储能,由于目前的保温材料在高温情况下,其导热系数均大于材料在高温情况下,其导热系数均大于0 01W1W(mK)(mK),这就使得储能装置的体积增大和成本增,这就使得储能装置的体积增大和成本增我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西
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