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1、碳达峰碳中和技术系列三:相变储能技术技术背景全球碳中和大背景下,能源格局从化石能源绝对主导朝着低碳多能融 合发生转变。国家“十四五”可再生能源发展规划近日公开发布, 明确了 “十四五”可再生能源发展目标、重点任务和保障举措。规 划明确,到2025年,可再生能源消费总量达到10亿吨标准煤左 右,占一次能源消费的18%左右;可再生能源年发电量达到3.3万亿 千瓦时左右,风电和太阳能发电量实现翻倍;全国可再生能源电力总 量和非水电消纳责任权重分别达到33%和18%左右,利用率保持在 合理水平;太阳能热利用、地热能供暖、生物质供热、生物质燃料等 非电利用规模达到6000万吨标准煤以上。随着可再生能源规
2、模的扩 大,能量的存储和转化成为了解决可再生能源不稳定性的关键技术。 以风能和光能为代表的可再生能源技术,因为没有安全可靠的能源储 运技术与装备支撑,推广应用极为艰难。要实现清洁能源的大规模应 用,就需要发展新能源储运技术。相变储能作为一种从技术和经济上 都可以实现规模化的储能技术,必将参与其中。么是“相变储能”技术相变材料(Phase Change Material, PCM)指在相变过程中吸收或释 放大量能量以调控温度的一类储能材料。按相变类型,可分为固固、 固-液、固气和液气型PCM。按材料成分,PCM通常又可分为有机 类、熔融盐类、合金类及复合类等。分类优点候点材料代表有机类在固体状态
3、时成型性比较好.一般不易出现过冷和相分离现象,并且对材料的腐蚀性较小.性能比较稔定,毒性小, 成本低导热系数小,导致对热 量变化的响应速度慢. 密度比较低,储能能力 较小,并且有机物一般 熔点较低、不适于高温场合比雄烷烧、脂肪酸、 脂肪醇、多元醇以及 高分子相变材料、层 状钙钛矿、高分子类 聚合物等熔融盆 类一般应用手中高温领域.12010000 (:及以上可以应用于小功率电站、太阳能发电、 工业余热回收等方面./一般由减金属的氧化 物、氧化物、硝酸 盐、碳酸盐等组成合金类在中高温相变储热应用中,金 属材料的储热性能占有明显优 势,且相变稳定性好、性价比 高、使用寿命长合金类相变储热材料密 度
4、较高和相变潜热较 低,导致其在对雨量较 敏感的储热皱域关注度 不高合金类相变储热材料 主要由单一金属或多 种金属等组成的二元、:元或四元合金震合类可实现相变材料的微封装以解 决相变材料的相分离、导热性 能受、储热密度不高以及储/ 杼性能的结构优化等问题但微胶囊在实现较好的封装效果的同时往往难 以实现热性能的提高/工作原理:当环境温度高于相变温度时,材料吸收热量由固态转变为 液态;而当环境温度低于相变温度时,材料释放热量由液态转变为固 态释放热量,从而维持环境温度在适宜水平。相变材料相变过程示意图温度上界 温度一定温度上昇冷却 /4 加热放热蓄热CC)融点应用领工业余热回收:相变材料可应用于钢铁
5、、化工、冶金、等行业的余热 回收,可以提高能源的利用效率,降低重工业行业能耗,减少工业碳 排放。清洁供暖供热:利用相变材料将弃风、弃光电、低谷电等电能储存起 来,在需要的时候释放,减少用户用能成本;提高整个系统的能源利 用率;可实现削峰填谷,平滑光电、风电的输出功率,提升新能源发 电的消纳能力;为食品加工、纺织等企业提供稳定持续的蒸汽、热风 等高品质热源。空调储冷:对于空调系统,将PCM存储系统放入空调的压缩蒸汽循 环中,可以存储来自蒸发器的冷量;在非高峰用电阶段,PCM可以 存储多余的冷量,然后在高峰用电期释放,起到“移峰填谷”的效果。 建筑领域:将相变材料结合在建筑的石膏墙板、混凝土中,或
6、是与做成薄膜与窗户相结合;在北方地区,地板下有地暖系统,与相变材料相结合可以进一步达到节能的效果。相变材料的优势相变材料相变时,体积变化较小,能量密度高,可在较小的空间储存大量的能量;相变材料可以重复使用,几乎没有损耗,性能较为稳定;材料相变时在等温或者接近等温的条件下发生,因此在蓄热和放能的过程中,温度和热流基本恒定。1策支持A 中华人民共和国中央人民政府区口指9叮案即|注见好www gov cnp国务院 总理 新闻 政策 互动 服务 数据 国恬国家政务服务平台首页 微间 n关于促进储能技术与产业发展的指导意见2017-10-12 14:22东潭:发展改革委网站1字体:大中小】 份打印 Q
7、+关于保进储能技术与产业发展的指导意见X.AHA(2017)1701 号各省、自治区、直辖市及计划单列市、新疆生产建设兵团发展改革委、能源局,国家电网公司.南方电网公司,储能是智能电网、可再生能再高占比能器系统、“互联网+”智也能源(以下简称能薄互联网)的重要组成部分和券8支撵 技术.储能羞够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、露求响应支撑等多种蜃务,是提升传统电力系统灵活性、经济性 和安全性的重要手段,储能能够显著提高风、光等可再生能源的沿纳水平,支撑分布式电力及树网.是推动主体能源由化石能 存向可再生硝更台的关键技术I储能能朔8造能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能侨同,是构建能裤互联网,推动 电力体制改革和便进能痹新业态发展的核心基础.二、重点任务(-)推进储能技术装备研发示范集中攻关一批具有关键核心意义的储能技术和材料加强基础、共性技术攻关,困烧低成本、长寿命、喜安全性、高能量 密度的总体目标,开展储能原理和关键材料、单元、模块、系统和回收技术研究,发展储能材料与器件测试分析和横损仿JU 重点包括变速抽水蓄能技术、大规模新型压缩空气储能技术、化学储电的各种新材料制备技术、高温超导超储能技术、相变储 热材料与高温储热技术、储能系统集成技术、能篁管理技术等.
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