相變儲(chǔ)能技術(shù)將推動(dòng)太陽(yáng)能采暖發(fā)展

文 本刊記者 戴麗

相變儲(chǔ)能技術(shù)將推動(dòng)太陽(yáng)能采暖發(fā)展

文/本刊記者 戴麗

太陽(yáng)能資源具有取之不盡用之不竭、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又不會(huì)增加環(huán)境負(fù)荷，是未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。我國(guó)屬于太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家之一，全國(guó)2/3以上面積地區(qū)年日照小時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)，具有太陽(yáng)能利用的良好條件。

在建筑能耗中，生活熱水、供暖能耗占了相當(dāng)大的比例，因此利用太陽(yáng)能來(lái)滿足生活熱水、供暖等能耗的需求將具有巨大的節(jié)能效益。由此，推動(dòng)太陽(yáng)能采暖技術(shù)的發(fā)展在我國(guó)顯得尤為重要。

太陽(yáng)能資源不穩(wěn)定制約太陽(yáng)能采暖的發(fā)展

我國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，低溫利用技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，太陽(yáng)能熱水廣泛應(yīng)用于家庭、賓館、酒店、學(xué)校、醫(yī)院等多個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，一些企業(yè)也開(kāi)始涉及太陽(yáng)能采暖。但是在太陽(yáng)能采暖應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)展卻不是那么樂(lè)觀，應(yīng)用也不夠廣泛，雖然國(guó)內(nèi)不少太陽(yáng)能企業(yè)開(kāi)展了大量研究和探索，但到目前仍沒(méi)有成熟可行的產(chǎn)品和技術(shù)。究其原因，主要是因?yàn)樵谔?yáng)能利用過(guò)程中，不能很好地實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存。

太陽(yáng)能資源具有其自身的特殊性——白天充足，夜晚缺乏，同時(shí)隨著天氣的變化和季節(jié)的不同也會(huì)產(chǎn)生很大的差異。由于太陽(yáng)能資源的這種不穩(wěn)定性，直接增大了太陽(yáng)能采暖技術(shù)發(fā)展的難度，制約了太陽(yáng)能采暖行業(yè)的發(fā)展。因?yàn)樘?yáng)能資源的不均衡問(wèn)題，也直接影響了太陽(yáng)能采暖的效果。

白天，太陽(yáng)輻照很好的時(shí)候，太陽(yáng)能采暖需求相對(duì)較小，夜晚沒(méi)有太陽(yáng)照射的時(shí)候，反而對(duì)采暖要求較高。太陽(yáng)照射的強(qiáng)度，資源可利用量與太陽(yáng)能采暖的需求不成正比，因此要實(shí)現(xiàn)白天采暖，夜晚使用，能源儲(chǔ)存是關(guān)鍵。

內(nèi)蒙古太陽(yáng)能協(xié)會(huì)溫建亮說(shuō)到，太陽(yáng)能采暖能否取得發(fā)展關(guān)鍵在于是否能夠?qū)崿F(xiàn)能量?jī)?chǔ)存。目前國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能企業(yè)開(kāi)展的采暖研究，基本沒(méi)有解決這一點(diǎn)，因此這也就成為目前太陽(yáng)能采暖不能很好地推廣和發(fā)展的主要原因。要想取得太陽(yáng)能采暖行業(yè)的發(fā)展，必須努力提高太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)中的太陽(yáng)能資源利用的穩(wěn)定性和保證率，做到能夠全年綜合利用。這就需要研究應(yīng)用短期和跨季節(jié)蓄能新技術(shù)，在我國(guó)絕大部分地區(qū)都是冬季寒冷、夏季炎熱，需儲(chǔ)存春、夏、秋三個(gè)季節(jié)的太陽(yáng)熱能用于冬季采暖；也需儲(chǔ)存白天的太陽(yáng)能用于夜晚使用。

其次，除了解決太陽(yáng)能能量?jī)?chǔ)存的問(wèn)題以外，非采暖季，太陽(yáng)能能量的富余問(wèn)題也是需要解決的一個(gè)方面，處理不好，不僅會(huì)影響集熱系統(tǒng)的使用壽命，而且還存在安全隱患。

另外，太陽(yáng)能采暖還需要解決輔助熱源問(wèn)題。太陽(yáng)能資源是不穩(wěn)定的，用太陽(yáng)能采暖，在太陽(yáng)能不足或連續(xù)陰雨天時(shí)，必須通過(guò)輔助系統(tǒng)加熱采暖。因此研究開(kāi)發(fā)穩(wěn)定、實(shí)用的太陽(yáng)能采暖技術(shù)和形式，提高太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)的節(jié)能效益，是太陽(yáng)能采暖需要努力的方向。

相變儲(chǔ)能技術(shù)幫助能量?jī)?chǔ)存

溫建亮說(shuō)到，其實(shí)在各項(xiàng)太陽(yáng)能采暖技術(shù)中，相變儲(chǔ)能技術(shù)能夠很好地解決能量?jī)?chǔ)存這一問(wèn)題，從而推動(dòng)太陽(yáng)能采暖行業(yè)的發(fā)展。

溫建亮介紹，相變儲(chǔ)能技術(shù)主要是利用相變調(diào)溫機(jī)理，通過(guò)蓄能介質(zhì)的相態(tài)變化實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能的儲(chǔ)存和釋放。當(dāng)環(huán)境溫度低于一定值時(shí)，相變材料由液態(tài)凝結(jié)為固態(tài)，釋放熱量；當(dāng)環(huán)境溫度高于一定值時(shí)，相變材料由固態(tài)熔化為液態(tài)，吸收熱量。利用該技術(shù)開(kāi)發(fā)的相變儲(chǔ)能產(chǎn)品，可以很好的把白天的太陽(yáng)能儲(chǔ)存供夜晚使用。該技術(shù)和太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)品結(jié)合將極大地解決目前太陽(yáng)能采暖不能很好實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存的問(wèn)題。

據(jù)極地熊儲(chǔ)能技術(shù)有限公司總工介紹，相變儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是儲(chǔ)熱密度大，溫度恒定，儲(chǔ)熱容器體積小，熱效率高。與傳統(tǒng)儲(chǔ)能材料——水比，儲(chǔ)能密度最高可達(dá)水的4倍，而空間卻減少了三分之一，同時(shí)比水的熱流失低80%；二是適應(yīng)性非常廣泛，能夠針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)所，提供不同融點(diǎn)的相變儲(chǔ)能產(chǎn)品，不會(huì)產(chǎn)生如水所導(dǎo)致的細(xì)菌污染，最大可用熱量可達(dá)到100兆瓦每小時(shí)；三是利用相變儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)品在合成相變材料反復(fù)相變過(guò)程中，無(wú)性能降級(jí)，無(wú)揮發(fā)，無(wú)磨損，無(wú)污染，無(wú)腐蝕，安全高效。四是結(jié)構(gòu)安全可靠，模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)客戶對(duì)熱量的需求配置熱儲(chǔ)存能量，安裝和搬運(yùn)簡(jiǎn)單；五是節(jié)省空間，施工簡(jiǎn)單，還可以實(shí)現(xiàn)智能控制；六是可以和不同熱源配合使用，除了和太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)品結(jié)合外，還可以和熱泵、生物質(zhì)能、熱泵等產(chǎn)品結(jié)合使用，這將極大地提升新能源的有效利用，有效應(yīng)用在工業(yè)余熱的回收、移動(dòng)供熱、常規(guī)供熱系統(tǒng)能效的改善等多個(gè)領(lǐng)域。七是節(jié)能效果顯著，據(jù)測(cè)算，該技術(shù)和常規(guī)鍋爐配合使用，能減少90%的鍋爐系統(tǒng)啟停次數(shù)，減低污染排放，為客戶節(jié)省30%以上的能源消耗。

溫建亮認(rèn)為，相變儲(chǔ)能技術(shù)區(qū)別于其他儲(chǔ)能技術(shù)的基本原理就在于，在溫度不變的情況下，通過(guò)物理形態(tài)的轉(zhuǎn)變吸收和存儲(chǔ)巨大的能量。這一技術(shù)國(guó)外很早就應(yīng)用在電力調(diào)峰、新能源、工業(yè)和建筑節(jié)能及家用電器工業(yè)上，近幾年，國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能企業(yè)引進(jìn)這一技術(shù)開(kāi)展太陽(yáng)能的采暖研究和實(shí)驗(yàn)。究其技術(shù)本身，我認(rèn)為，主要是解決能量的儲(chǔ)存問(wèn)題。

業(yè)內(nèi)專家也認(rèn)為，如果相變儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)品成熟可行，那么將極大推動(dòng)我國(guó)太陽(yáng)能采暖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)有部分企業(yè)涉及了相變儲(chǔ)能技術(shù)的研究。

相變儲(chǔ)能技術(shù)需改進(jìn)和推廣

“相變儲(chǔ)能技術(shù)是效率較高的儲(chǔ)能技術(shù)，比傳統(tǒng)的水儲(chǔ)能高很多。但是，相變儲(chǔ)能技術(shù)成本比水儲(chǔ)能要高，這是限制相變儲(chǔ)能技術(shù)不能大范圍在采暖上應(yīng)用的主要問(wèn)題。把相變技術(shù)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化、平民化，是相變技術(shù)在太陽(yáng)能采暖方面應(yīng)用的關(guān)鍵。”溫建亮也說(shuō)到了相變儲(chǔ)能技術(shù)的弱處所在。

對(duì)于相變儲(chǔ)能技術(shù)的推廣，溫建亮認(rèn)為，首先要大力宣傳，讓社會(huì)更好地認(rèn)知這一產(chǎn)品；二是要加強(qiáng)技術(shù)的引進(jìn)和吸收創(chuàng)新，降低其成本，同時(shí)提高效率。只有當(dāng)相變儲(chǔ)能技術(shù)成本不高，性能穩(wěn)定才能更加適合應(yīng)用于太陽(yáng)能采暖行業(yè)；三是建設(shè)相關(guān)示范項(xiàng)目，達(dá)到推廣相變儲(chǔ)能技術(shù)的目的。

發(fā)展太陽(yáng)能采暖意義重大，北方地區(qū)的采暖能耗占建筑能耗的很大部分，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能采暖，對(duì)建筑節(jié)能是一大貢獻(xiàn)。實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能采暖，能夠減少對(duì)煤炭的消耗，對(duì)環(huán)境保護(hù)也是一大貢獻(xiàn)。另外，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能采暖，對(duì)于我國(guó)的光熱產(chǎn)業(yè)而言，是一大進(jìn)步，將大大擴(kuò)展光熱產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用范圍。

溫建亮說(shuō)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能采暖是功在當(dāng)代，利在千秋的事業(yè)。但是太陽(yáng)能采暖的成熟和發(fā)展，絕不是一朝一夕就可以成功的，需要政府關(guān)注，企業(yè)投入，社會(huì)支持，希望太陽(yáng)能企業(yè)和科研人員，能夠投入更多的財(cái)力和精力，開(kāi)展多種多樣的太陽(yáng)能試驗(yàn)研究，為我國(guó)太陽(yáng)能采暖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。