熱儲(chǔ)冷技術(shù)具有規(guī)模大、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在電力、建筑、工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)存儲(chǔ)方式不同，儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷技術(shù)可分為顯熱、潛熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱三類。2021年，我國(guó)學(xué)者在儲(chǔ)熱材料物性調(diào)控機(jī)理、儲(chǔ)熱換熱特性與強(qiáng)化、儲(chǔ)熱材料制備技術(shù)、系統(tǒng)控制與優(yōu)化技術(shù)、系統(tǒng)集成示范等方面，取得了重要進(jìn)展。

1、基礎(chǔ)研究

在儲(chǔ)熱材料物性調(diào)控及其機(jī)理方面，形成從量子力學(xué)到牛頓力學(xué)，從納米尺度到宏觀的多尺度研究手段。基于第一性原理對(duì)物質(zhì)電子和晶格的熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，得到材料物性的調(diào)控方法；采用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)物質(zhì)原子體系行為進(jìn)行研究，得到物質(zhì)的微觀熱物性機(jī)理，尤其是揭示了熱化學(xué)儲(chǔ)熱的核殼結(jié)構(gòu)。在溫度對(duì)能壘的作用，材料原子間相互作用，熱作用下晶格振動(dòng)和電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律等的研究方面取得了較大進(jìn)展。研究了新工質(zhì)和維持多孔物理吸附材料反應(yīng)活性和吸附循環(huán)熱穩(wěn)定性的方法；利用相圖理論發(fā)展了低熔點(diǎn)高分解溫度混合熔鹽的設(shè)計(jì)方法。

儲(chǔ)熱換熱特性與機(jī)理方面，在相變材料中添加一維到三維的納米尺度高導(dǎo)熱材料，形成熱輸運(yùn)通道和增加聲子傳輸能力。Tian等開展了利用莫里定律的仿生儲(chǔ)熱換熱研究；Yao等基于拓?fù)鋬?yōu)化方法獲得儲(chǔ)熱換熱器新結(jié)構(gòu)；Yu等研發(fā)了熔鹽納米流體的比熱容提升和對(duì)流傳熱強(qiáng)化特性，熔鹽納米流體的比熱容提升和對(duì)流傳熱強(qiáng)化機(jī)理等；Lin等研究了新型噴淋式填充床內(nèi)滲流流動(dòng)及儲(chǔ)熱特性；文獻(xiàn)[64-66]研究了多種水合鹽類、糖醇類和石蠟類儲(chǔ)釋熱性能，并且開展多種復(fù)合強(qiáng)化、微膠囊化、翅片增強(qiáng)等方法研究；Chen等研究了相變材料儲(chǔ)釋熱過(guò)程體積變化產(chǎn)生的縮孔縮松特征及其影響。Feng等在吸附式儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷方面、新工質(zhì)和維持多孔物理吸附材料反應(yīng)活性、吸附循環(huán)熱穩(wěn)定性等方面有較多研究。

2、關(guān)鍵技術(shù)

在儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷材料制備技術(shù)方面，基于碳化硅、黑剛玉與高嶺土等材料研制出可在1100℃條件下安全使用的儲(chǔ)熱陶瓷顆粒材料；在熔鹽儲(chǔ)熱材料方面，重點(diǎn)開展了低熔點(diǎn)二元熔鹽、低熔點(diǎn)高溫三元熔鹽體系研究。Guo等研發(fā)了堿金屬和堿土金屬的氯化物熔鹽體系，實(shí)現(xiàn)了700℃下氯化物熔鹽對(duì)316不銹鋼的腐蝕速率低于205.37μm/年；還開展了復(fù)合相變、定形相變和仿生相變儲(chǔ)熱材料研究，提出了基于納米顆粒、多孔仿生陶瓷、共晶鹽體系的比熱容和熱導(dǎo)率協(xié)同提升方法，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)116 W/(mK)[71]；在太陽(yáng)能熱化學(xué)儲(chǔ)熱方面，韓翔宇等開展了Co3O4/CoO等金屬氧化物反應(yīng)物體系和鈣基熱化學(xué)儲(chǔ)熱的動(dòng)力學(xué)研究；Liu等實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能直接驅(qū)動(dòng)光熱轉(zhuǎn)換與熱化學(xué)儲(chǔ)熱一體化。

在儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷裝置設(shè)計(jì)技術(shù)方面，賀明飛等研究了大容量長(zhǎng)周期跨季節(jié)儲(chǔ)熱，進(jìn)行了蓄熱水體承重浮頂熱力耦合特性和逆斜溫層控制技術(shù)研究；Guo等研究了土壤跨季節(jié)儲(chǔ)熱的傳蓄熱機(jī)理和結(jié)構(gòu)參數(shù)；Zhu等和Liu等研究了換熱器、熱管等相變儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱強(qiáng)化技術(shù)，Chen等開展了高效動(dòng)態(tài)冰漿蓄冷換熱性能研究與性能優(yōu)化等。

在系統(tǒng)控制與優(yōu)化方面，研究人員開展了儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電、火電調(diào)峰、風(fēng)電消納、分布式能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化和運(yùn)行調(diào)控策略等方面研究；張涵等研究了熱泵儲(chǔ)電、卡諾電池等以熱能和冷能存儲(chǔ)電能的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)；林釀志等和徐德厚等開展了基于水體和土壤等方式的大容量長(zhǎng)周期跨季節(jié)儲(chǔ)熱研究，建立了考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)性能分析方法。

3、集成示范

在儲(chǔ)熱集成示范方面，2021年度在敦煌建成了采用熔鹽儲(chǔ)熱的50 MW線性菲涅爾式太陽(yáng)能熱發(fā)電站，熱熔鹽溫度550℃，冷熔鹽溫度290℃，熔鹽儲(chǔ)熱可發(fā)電750 MW·h；在新疆哈密建成了50 MW熔鹽塔式光熱發(fā)電，采用熔鹽儲(chǔ)熱可實(shí)現(xiàn)12 h連續(xù)發(fā)電；在河北黃帝城建成1.06萬(wàn)m3水體儲(chǔ)熱的太陽(yáng)能儲(chǔ)熱采暖項(xiàng)目，在北京建立了50 kW/500 kW·h中低溫?zé)峄瘜W(xué)儲(chǔ)熱中試系統(tǒng)；在張家口建成100 MW亞臨界水蓄熱子系統(tǒng)應(yīng)用于100 MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)；在張家口應(yīng)用水合鹽相變材料實(shí)現(xiàn)為冬奧會(huì)轉(zhuǎn)播中心供暖。江蘇金合公司己實(shí)現(xiàn)中高溫復(fù)合相變材料及其系統(tǒng)技術(shù)(450～750℃)的規(guī)模化應(yīng)用。

在儲(chǔ)冷集成示范方面，在北京環(huán)球影城建成三聯(lián)供系統(tǒng)耦合冰蓄冷系統(tǒng)，每年冰蓄冷系統(tǒng)“移峰填谷”的電量可達(dá)630萬(wàn)kW·h；北京用友軟件園采用冰儲(chǔ)冷技術(shù)，為18.5萬(wàn)m2建筑供熱供冷；相變儲(chǔ)冷材料、裝備和系統(tǒng)研究進(jìn)展迅速，基于相變材料的冷鏈運(yùn)輸技術(shù)已獲得應(yīng)用。

注：本文摘自《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》期刊，由王志峰、王亮、張雪松撰寫。