摘要：基于相变储能技术和电能替代的分析，介绍相变储能技术目前的研究和未来发展状况，对相变储能的分类及其应用状况具体内容进行概括总结，剖析三种储能材料的基本特性和应用方向，并通过建立分析相变储能换热器模型实例，通过计算相关数据来体现相变储能技术的储能效率，分析表明在所述范围内相变材料储能技术较传统蓄冷介质或常规储能方式具有明显优势，且具有良好的经济性。
关键词：相变储能技术；墙体传热；进展
引言
相变储能技术是一种基于材料相变过程吸或放热而实现能量储存的技术，已广泛应用在工业企业能量回收领域。相变储能材料是指在指定温度或温度范围(相变温度)下不仅能发生物质相态变化，而且可以吸收或放出大量相变潜热的具有特定功能的物质，既可用来储热，也可以用来蓄冷。相变储能与显热储能相比，具有高的储能密度，且储能放能是容易控制且接近等温的过程，因此非常适于解决能量供给难题与需求失衡难题。对于提高能源利用率，改善能源结构，具有重大意义。
1相变储能技术的应用
1.1相变储能技术在功能性混凝土中的应用
混凝土在养护过程中容易产生温度裂缝，作为建筑的围护结构隔热保温性能差，混凝土路面中受冻融破坏而影响耐久性。将相变储能材料加入混凝土中制备相变储能混凝土，相变储能材料依靠潜热储能方式实现能量在时间和空间的转移利用，相变储能材料和混凝土结合形成相变控温大体积混凝土、相变储能混凝土围护结构、相变控温混凝土道路，可以实现混凝土制品功能结构一体化。
1.2相变储能技术在电力调峰中的工程应用
研究发现，电热相变蓄热装置体积小，寿命周期成本低，投资回收年限短，应为蓄热式电采暖的首选形式。在需求方面，相变储能技术对于实行峰谷电价，是强有力的技术保证，与此同时，对于促进谷期电力消费和调峰，该技术是非常实用的可行性方式。
1.3相变储能技术
电力资源的短缺是人类长期面临的问题，但是电力资源的浪费却非常严重，如我国的葛洲坝水利枢纽工程，其高峰与低谷的发电输出功率分别为220万千瓦和80万千瓦，用电低谷发不出的电能只能通过放水来解决。若能把这部分能源回收储存，则可大大缓解能源紧张状况。在电厂中可以采用储热装置经济地解决高峰负荷，填平需求低谷，以缓冲储热方式调节机组负荷更方便。相变储能技术是能量储存形式的一种，将暂时不用或者多余的热量储存在适当的介质中，再在合适的时机将其释放出来，以达到热量供给与时间地点的相匹配，提高能源的利用效率。能量储存技术主要分为显热储能、潜热储能和化学反应储能三种，其中的潜热储能就是所说的相变储能技术，这是一种新兴的提高能源应用稳定性以及利用效率的技术，从20世纪中期以来，人们对于相变储能技术的研究一直在进行中，并且逐步应用到工业和民用的生活里。相变储能技术是利用物质相变时产生的潜热来进行能量的储存与释放。相比于其他的储能方式，相变储能更加稳定，材料上能量密度更高而且可以重复利用，储释能过程基本等温。主要应用的相变材料为固—液相变材料或者固—固相变材料。相变储能技术目前更多地应用于风能太阳能或者潮汐能等间歇性绿色能源，而在电能替代中运用相变储能技术，则是将电能转变为热量储存在相变材料中，然后在适当的时机进行释放能量。在我国2000年左右，政府实行了分时计度电价收费的政策，通过不同时段的电价不同鼓励用户在用电低峰期用电，减少高峰期用电量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电能替代中使用相变储能技术即通过在换热装置中使用相变材料，在夜晚的低峰期用电并通过相变储能将能量储存在相变材料中，在白天用电高峰期减少用电量通过换热器中的相变再将能量释放出来供用户使用，以达到削峰填谷的目的。
2技术发展与应用
2.1相变储能材料在建筑中的应用
“论建筑节能中相变储能材料的运用”一文介绍到在常用的建筑材料中加入相变材料，可以制作墙体、底板等建筑围护材料。根据目前的研究与应用，制备建筑围护材料大多采用有机类相变储能材料，如添加脂肪烃或脂肪酸类、多元醇类等。脂肪烃或脂肪酸类是固-液相变材料，需要进行封装。多元醇类是固-固相变材料，通过晶型转换进行储能和释能。把相变储能材料加入石膏、混凝土等基础建材即可制备成相变储热建筑围护材料。
2.2相变储能应用
在相变储能应用方面，随着相变储能技术几十年的发展，它已被广泛应用于工业废余热回收利用、民用电热电器产品、建筑节能、风电/太阳能等新能源以及电力调峰等领域。在工业废余热回收利用中既存在连续型余热又存在间断型余热，对于连续型余热，通常采取预热原料或空气等手段加以回收，而间断型余热因其产生过程的不连续性未被很好地利用，如有色金属工业、硅酸盐工业中的部分炉窑在生产过程中具有一定的周期性，造成余热回收困难，因此，这类炉窑的热效率通常低于30%。相变蓄热突出的优点之一就是可以将生产过程中多余的热量储存起来并在需要时提供稳定的热源，它特别适合于间断性的工业加热过程或具有多台不同时工作的加热设备的场合，采用热能储存系统利用相变蓄热技术可节能15%-45%。相变储能技术应用在民用电热电器方面，产生了诸如多功能储热电热锅、储热式热水器、恒温取暖器以及储能电暖风等各种产品，其采用硫酸盐、水合钠盐、硝酸盐、金属或金属基复合材料作为相变储能材料，相比于传统产品具有热效率高、安全节能等优点。特别在建筑节能、墙体保温等领域的应用，也是近年来PCM研究领域的热点之一，通常是采取把相变材料与建筑围护结构相结合，或者把相变材料与大体积混凝土相结合的方式，制作储能围墙或储能相变温控混凝土（PCTSC），同时相关研究表明一些脂肪酸以及脂肪酸和石蜡的混合物也是适合的建筑用PCM。风力发电和太阳能集热均具有间断性和不稳定性特点，为了保持供热或供电装置的稳定不间断运行，就需要蓄热装置把太阳能储存起来，在太阳能不足时再释放出来，从而满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。用于采暖、供应热水、生产过程用热等的太阳能装置采用储能技术能够显著提高效率，水是低温太阳能蓄热系统普遍使用的蓄热介质，石蜡以及无机水合盐也比较常用，高温太阳能蓄热系统大多使用高温熔融盐类、混合盐类、金属或合金作为蓄热介质。随着风能、太阳能等新能源技术的发展，各类分布式能源所占比重日益增大，以及我国电力负荷出现明显的谷峰差值，致使电网效率明显下降，也对电网系统的稳定性与安全性提出了严峻挑战。在电网系统引入储能技术可以有效地实现按需求管理模式，消除昼夜间的峰谷差别，平滑负荷，从而有效地利用电力设备，降低成本，确保系统安全、稳定运行。相变储能较传统的储能方式具有储能密度大、释能过程近似等温、成本较低、方便灵活等优点，电力系统及分布式能源利用中日益得到重视，相关技术正处于研发与试验阶段。
结语
人们越来越重视相变储能技术的节能性、环保性及经济性。因此，我们应更加注重该技术的创造研发，争取在航天事业、公路交通、纺织制造、农牧事业、能源结构、发动机技术等方面取得更大的进步。
参考文献
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[3]宋玖环，贾代勇，杜雁霞.相变材料蓄冷的经济性分析[J].制冷空调与电力机械，2007(06)：18-21.
论文作者:崔小欣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
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