碳中和已成為了全球應對氣候變化、推動能源綠色低碳轉型的重要策略。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)報告

，要實現(xiàn)全球氣候變化不超過1.5 ℃的目標，需在2050 年前后達到碳中和。目前，全球已有超過120個國家對實現(xiàn)碳中和做出承諾

，如圖1 所示。此外，許多國家已經(jīng)通過法案對碳中和的目標進行了明確，并制定了碳市場、碳技術、碳財稅及補貼等控制手段，如歐盟、德國、法國、英國、瑞典和日本等。此外，許多國家對碳中和的目標已經(jīng)處于擬定法律和政策性文件的階段，如中國、美國、韓國、意大利等。值得注意的是，蘇里南和不丹已分別于2014年和2018年實現(xiàn)了碳中和，處于全球領先。

隨著21世紀中葉實現(xiàn)碳中和的目標達成共識，世界的能源格局也開始加速向清潔化、低碳化、高效化推進。其中，國際能源署IRENA 對“2050 年能源轉型情景”進行了預測

，提出了實現(xiàn)碳中和目標的重大挑戰(zhàn)包括：①全球經(jīng)濟的能源強度需降低約2/3；②2050 年能源相關排放需要減少70%；③2050 年可再生能源發(fā)電所占比例需要從目前的26%提高至86%。為實現(xiàn)可再生能源的廣泛利用，解決可再生能源的瞬時性及不穩(wěn)定的問題，以及能源供應和需求不匹配的問題，儲能技術發(fā)揮著關鍵作用。近20 年來，各種儲能技術的研究熱度也持續(xù)上漲(圖2)，且大量的儲能技術已經(jīng)形成了專利。按照能量的存儲方式，儲能技術可分為化學儲能和物理儲能。從2020年發(fā)表的論文和專利數(shù)量來看，電池儲能技術、儲熱技術和氫能存儲占有重要份額，如圖2所示。同時，隨著儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，諸多儲能技術不斷突破，其中大量技術已經(jīng)實現(xiàn)了較大規(guī)模的示范應用，例如儲熱技術、氫儲能技術、壓縮空氣儲能等。

儲熱技術不僅從技術上和經(jīng)濟上可以實現(xiàn)規(guī)?；瑫r具有能量密度高、壽命長、利用方式多樣、綜合熱利用效率高的優(yōu)點。此外，儲熱技術的重要性還體現(xiàn)在：①全球的用戶終端需求中熱能和冷能約占總能耗的一半

；②全球能源預算中90%的能源也是圍繞熱能的轉換、傳輸和存儲進行的

；③受到熱力學定律的約束，熱能是重要的中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物，存在大量的熱能可以被利用

。此外，我國作為重要的工業(yè)大國，工業(yè)過程的綜合效率較低，特別是在鋼鐵、有色、化工、建材等行業(yè)，仍有大量余熱資源具有回收價值。因此，本文針對近年來儲熱技術的研究進展，分別從材料、裝置、系統(tǒng)和儲能政策等角度，對儲熱技術的重要研究方向和成果進行了回顧和展望。

1 儲熱材料的研究進展

1.1 儲熱材料的配方研究

1.1.1 顯熱儲熱

顯熱儲熱技術成熟、操作簡單，仍是目前應用最廣泛的儲熱方式之一。顯熱儲熱按照材料的物態(tài)可分為固態(tài)和液態(tài)。常見的固態(tài)相變材料包含混凝土、鎂磚、鵝卵石等。常見的液態(tài)顯熱材料包括水、導熱油、液態(tài)金屬和熔融鹽等。其中水是低溫應用領域中(<120 ℃)最常使用的顯熱材料。導熱油、液態(tài)金屬、熔鹽等物質常常應用于中高溫領域(>120 ℃)

。太陽能光熱發(fā)電(CSP)系統(tǒng)中最早使用的高溫液態(tài)顯熱儲熱材料以導熱油為主，包括Caloria

和Therminol VP-1

。1982—1986 年，美國能源部(DOE)率先在加利福尼亞州建成了首個CSP電站(Solar One)，并采用了Caloria

導熱油作為顯熱材料；1983—1991年魯茲(LUZ)公司所建的9座槽式拋物面CSP系統(tǒng)(SEGS I～IX)中，SEGS I也采用了Caloria

導熱油。Therminol VP-1

相比于Caloria

導熱油具有更寬的溫度操作范圍，因此在后期的SEGS II～IX電站中得到了廣泛應用。隨著太陽能光熱技術的發(fā)展，導熱油難以滿足更高的運行溫度，這限制了郎肯(Rankine)循環(huán)發(fā)電效率，因此逐漸被熔融鹽所取代

。

熔鹽體系尤其是多元混合熔鹽，價格適中，且高溫時蒸氣壓較小。在CSP 應用中較為成熟的熔融鹽體系包括Solar salt和Hitec等。其中Solar salt是一種二元共晶硝酸鹽(60% NaNO

-40% KNO

，質量分數(shù))，其熔點約為221 ℃，高溫熱穩(wěn)定性可到565 ℃，曾被應用在10 MW的Solar Two電站以及西班牙電站中。Hitec 是一種三元共晶硝酸熔鹽(53% KNO

-7% NaNO

-40% NaNO

，質量分數(shù))，熔點約為142 ℃，在454 ℃下具有較好的熱穩(wěn)定性

。隨 后 的Hitec XL 熔 鹽[48% Ca(NO

)

-7%NaNO

-45% KNO

，質量分數(shù)]也經(jīng)過了西班牙Plataforma Solar de Almeria (PSA) 以及法國Themis中心的測試評估

。近年來，熔融鹽的工作溫度邁向了更高，以三元氯化鹽MgCl

-NaCl-KCl(60%-20%-20%，摩爾分數(shù))為代表的高溫氯化鹽也成為了新的研究趨勢

。與此同時，開發(fā)低熔點、腐蝕性低、穩(wěn)定性好、使用溫度區(qū)間大、價格低廉的熔鹽體系仍是優(yōu)化太陽能光熱發(fā)電技術的重要途徑

。

我國在心理層面上對個體文化適應的研究較少，更勿論聚焦在民族傳統(tǒng)村落村民身上。鑒于黔東南侗族傳統(tǒng)村落獨特的歷史、文化及可用于評估其文化適應工具的有限性，本文將用SL-ASIA量表來檢驗侗族村民的文化適應狀態(tài)和結構，以此推進對特定地域、特定族群文化適應的了解。

1.1.2 相變儲熱

相變儲熱具有能量密度高、相變過程溫度近似恒定的優(yōu)點

。目前，最常見的是固-液相變材料

。根據(jù)相變材料的化學性質，可分為無機、有機及復合相變材料。無機相變材料包括熔融鹽、水合鹽、金屬合金等。其中，水合鹽比較適用于中低溫儲能，但相變時易出現(xiàn)過冷和相分離問題。金屬合金比較適合中高溫儲能，但價格昂貴。熔融鹽的價格經(jīng)濟，且具較大的儲能密度。圖3列舉了單一熔鹽的相變溫度和相變潛熱

，可以看到單一熔融鹽覆蓋了廣泛的溫度區(qū)間和儲熱密度。然而，多數(shù)無機類相變材料都具有一定腐蝕性

，詳細內(nèi)容將在1.4 節(jié)中介紹。有機相變材料包括石蠟、脂肪酸、多元醇以及聚烯烴、聚多元醇等，其特點是無明顯相分離及過冷現(xiàn)象(有機糖醇類除外)、腐蝕性小，但同時具有體積儲熱密度較小、熱導率低、易燃燒等問題

。

為了克服單一材料性能的不足，同時對材料進行封裝，可通過制備復合相變材料使材料的整體性能滿足應用的需求。其配制方法包括凝膠或增稠、物理共混法，多孔吸附法和微囊封裝技術等

。復合相變材料可主要分3 類，增稠(凝膠)型、膠囊型和定型復合相變材料

，如圖4所示。

（1）增稠型相變材料

增稠型定型復合相變材料是有效改善相變材料穩(wěn)定性及過冷度的方法之一，常應用于水合鹽

及一些低溫有機材料

等。增稠劑可分為非締合型/締合型增稠。非締合型增稠機制是通過大分子量(幾十萬到幾百萬)聚合物進行物理纏結，從而提高材料黏度并防止泄漏。溶液通常具有假塑性流變特性

。締合型增稠同時含有親水/疏水基團，其分子量相對較低。締合型增稠劑的疏水官能團與氫鍵可以形成膠束相互作用，并構成網(wǎng)狀結構

。締合反應越強，其增稠效果越好。

Efimova 等

測試了SiO

、黃原膠、甲基纖維素3 種增稠劑對三元相變材料Zn(NO

)

·6H

O-Mn(NO

)

·4H

O-KNO

的增稠作用。結果表明SiO

在循環(huán)數(shù)次后分層，甲基纖維素可有效提升體系黏度，但循環(huán)后也出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，黃原膠在480次循環(huán)后保持穩(wěn)定且降低了過冷度。劉欣

測試了12 種不同增稠劑體系對十水硫酸鈉的增稠效果。其中，聚丙烯酰胺系和活性白土系可使材料濃稠均勻且循環(huán)后不分層；CMC 系和可溶性淀粉系樣品放置較穩(wěn)定，循環(huán)后輕微分層。Saeed等

使用2-HPEC增稠劑添加于甲酯-月桂酸-石墨烯復合相變材料中，結果表明2-HPEC使得復合體系保持結構穩(wěn)定，并且克服了材料泄漏的問題。

（2）膠囊型相變材料

膠囊型相變材料可以克服相變材料在應用中的泄漏、腐蝕和體積變化的問題，目前在紡織、建筑以及醫(yī)療等領域具有廣泛的應用

。此外，膠囊型相變材料具有較大的比表面積，利于提高相變膠囊的儲放熱速率。Sar? 等

使用聚苯乙烯作為膠囊外殼對石蠟類相變材料進行了封裝，得到的相變膠囊熔點為25.96 ℃、潛熱為156.39 J/g，并且封裝后其熱穩(wěn)定性比純相變材料提高了10 ℃。Fukahori等

使用陶瓷容器對金屬相變材料進行了封裝，該復合膠囊可以耐受相變材料的體積膨脹應力，并表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐腐蝕性和循環(huán)性能。由于制備工藝的復雜性，目前適用于高溫相變微膠囊封裝的技術比較有限。因此，更多研究是針對于低溫相變材料的微膠囊封裝

。

隨著對儲熱材料研究的不斷發(fā)展和深入，除了了解材料的宏觀物性表現(xiàn)，從材料微觀分子角度進行機理研究對從根本上理解材料的特性以及輔助實驗設計具有重要的意義。分子動力學研究是一種常見的從分子尺度進行計算模擬的研究方法，可用于對一些實驗觀測現(xiàn)象進行微觀解釋。近年來，分子動力學研究被應用于對儲熱材料傳熱特性的微觀分析中。Rao 等

利用分子動力學模擬研究了相變納米膠囊的儲熱過程，以及納米顆粒對于相變材料傳熱性能的增強作用。Zhang等

研究了聚乙烯中長鏈結構對其傳熱性能的影響，并提出了理論模型。Lee 等

研究了納米顆粒在流體中的團聚現(xiàn)象以及傳熱增強作用，并提出溫度和納米顆粒尺寸對流體性能影響的新理論模型。Zhang等

研究了石蠟/乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)/石墨烯復合材料的熱物理性能，研究發(fā)現(xiàn)石墨烯對于體系的傳熱能力具有顯著增強效果，但EVA與石墨烯之間的復雜相互作用可能影響相變材料中原子的振動。因此，當石墨烯的質量分數(shù)大于0.7%后，體系的熱導率會出現(xiàn)下降趨勢。

定型復合相變材料是將相變材料、骨架材料和添加劑按照一定比例結合，采用壓制、燒結的方法制成的一種在相變過程中可保持宏觀形貌不發(fā)生變化的定型相變材料，并且由于相變材料不直接與容器發(fā)生接觸，故可以緩解相變材料對金屬的腐蝕性問題。

強化管理，提高水務服務保障能力。一是抓好防汛抗旱工作，加緊構建以堤防為基礎、水庫為控制、工程措施與非工程措施相結合的綜合防洪減災體系；完成35項防汛應急工程，完成13座小型病險水庫除險加固工程。二是依法加強水務管理工作，完成《大連市節(jié)約用水條例（草案）》的各項審議工作，啟動修改《大連市水資源管理條例》《大連市水土保持辦法》工作；推進依法管水、依法治水環(huán)境的不斷改善。三是深入推進水務體制機制改革。深化水務一體化改革，適時穩(wěn)妥推進水價改革，抓好基層水利服務體系建設。

定型復合材料中的骨架材料一般比表面積較大、化學性質和熱物性穩(wěn)定，常用于中高溫相變材料的復合。Leng等

采用硅藻土和氯化鹽制備了一種定型相變材料，其中相變材料的質量分數(shù)達了70%，相變潛熱達179.3 J/g。此定型復合材料在相變過程中可保持宏觀形貌不變，并且可以有效限制氯化鹽的腐蝕性。Li 等

對Li

CO

-Na

CO

/MgO復合材料的微觀結構進行了分析，通過探究材料結構與儲熱裝置的傳熱性能之間的關系，發(fā)現(xiàn)良好的復合材料結構可有效提升儲熱裝置的傳熱性能。

1.1.3 熱化學

熱化學儲熱材料(TCMs)的儲能密度通常為0.5～3 GJ/m

，是顯熱材料的8～10 倍左右，是潛熱材料的2 倍以上

，并且長期儲存熱損失小，因此被認為是未來最有前景的儲熱方式之一。熱化學儲熱材料按溫度區(qū)間可分為低溫和中高溫熱化學材料。其中，低溫熱化學材料以水合鹽為主，多適用于建筑領域

。中高溫熱化學材料可分為金屬氫氧化物體系、氨分解體系和碳酸鹽體系等，這些體系因反應條件苛刻、反應物成本高、毒性高、催化劑易失活、儲存安全性低、循環(huán)壽命短等問題尚處于基礎研究階段。然而，此類熱化學材料仍被視為有潛力的下一代CSP系統(tǒng)儲能介質

。

水合鹽基熱化學材料已有大量的研究

。N'Tsoukpoe等

對125種水合鹽熱化學儲熱材料進行篩選，認為SrBr

·6H

O、LaCl

·7H

O、MgSO

·6H

O是最有潛力的3種水合鹽類熱化學儲熱材料，如圖5所示。然而，大部分的水合鹽因性能不足而無法單一使用。如，CaCl

水合鹽和LiCl 水合鹽極易潮解

；MgCl

·6H

O在脫水-水合過程中易發(fā)生團聚等。

為提高熱化學材料的應用性，改善團聚和膨脹問題，提高水蒸氣的擴散速率，研究人員通過將水合鹽與載體材料結合制備復合熱化學材料

。所使用的載體材料可分為惰性載體材料(如膨脹石墨、活性碳等)以及活性載體材料[如沸石、硅膠、金屬有機骨架(MOF)等]。前者通過提供立體的多孔結構提高傳熱傳質，此類載體在儲熱過程中不參與反應。活性載體材料則在具備類似屬性的同時，能通過吸附等方式參與能量的存儲，但其對能量存儲的貢獻遠低于熱化學反應。表1為常見的載體材料的優(yōu)缺點對比。

焓法相比顯比熱容法具有方法簡單、靈活方便、容易擴展到多維情況等優(yōu)點，能夠求解具有復雜邊界條件以及非單調、多個界面的相變問題，已經(jīng)成為目前求解相變界面問題的一種有效手段。

1.2 儲熱材料的模擬研究

（3）定型復合相變材料

等效比熱容法又叫顯比熱容法，其把物質的相變潛熱看作是在一個很小溫度范圍內(nèi)有一個很大的顯比熱容，從而把分區(qū)描述的相變問題轉變?yōu)閱我粎^(qū)域上的非線性導熱問題，達到整體求解的目的。在相變界面隨時間移動的過程中，大量的潛熱熱能會隨著材料在固相和液相之間轉換時被吸收或釋放，材料自身的比熱容也隨著相態(tài)變化而改變。在以溫度為待求參數(shù)的過程中，為使問題合理簡化，常做出以下假定：①相變材料的物性參數(shù)均為常數(shù)，即材料在固相和液相兩種狀態(tài)下參數(shù)值的變化可以忽略不計；②相變過程中材料在液相狀態(tài)下的自然對流傳熱的影響可以忽略不計；③純相變材料的熱物性為各向同性；④相變材料區(qū)域內(nèi)無其他熱能產(chǎn)生或沒有熱量交匯。

熱化學儲熱材料的儲熱過程與熱化學反應動力密切相關。一些研究人員利用模擬研究的方法，從分子(原子)的微觀角度對熱化學材料的反應過程進行了理論分析。Carrasco等

通過第一性原理和分子動力學計算對CaO、MgO 及BaO 氧化物表面與水分子的結合機制進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)CaO 與BaO 的表面和水分子的結合不同于MgO。水分子在MgO 表面的結合不改變其結構特性，并且是在常溫下不發(fā)生的吸熱過程。相反，CaO 與BaO 具有強堿性，其水解過程是在常溫下可發(fā)生的放熱反應。閆君

采用密度泛函理論(DFT)以及第一性原理，對Li 原子摻雜CaO/Ca(OH)

儲熱體系后的微觀反應過程進行了模擬分析。研究發(fā)現(xiàn)Li摻雜后可將能量勢壘由0.40 eV降低到0.11 eV，從而使OH

鍵更容易斷裂，促進了Ca(OH)

的熱分解反應。Xu等

利用分子動力學對CaO/Ca(OH)

儲熱體系中的分子團聚過程進行了理論分析。通過模擬研究發(fā)現(xiàn)，Ca(OH)

分子具有更大的空間置換性，因此相比CaO 分子更容易發(fā)生團聚現(xiàn)象。團聚后的Ca(OH)

塊體的熱分解速率顯著降低，從而導致了CaO/Ca(OH)

體系的循環(huán)穩(wěn)定性下降。另外，摻雜SiO

顆粒可以防止團聚過程的發(fā)生。Rindt 和Gaastra-Nedea

對熱化學吸水/脫水反應過程的微觀分析方法進行了綜述，包含密度泛函理論、分子動力學以及蒙特-卡羅方法。作者認為，目前的微觀分析方法受到時間步長和尺度的限制而難以對顆粒級以上的熱化學反應過程進行模擬，未來將量子化學、分子動力學以及蒙特-卡羅統(tǒng)計法創(chuàng)新地結合在一起可能是一種有潛力的分析方法。

1.3 儲熱材料制備技術的研究進展

除了復合儲熱材料的配方研究，先進的復合儲熱材料(主要指相變儲熱和熱化學儲熱材料)制備技術也是儲熱技術發(fā)展和推廣應用的必要條件。盡管目前市場上有部分公司在出售一些相變材料產(chǎn)品，例 如，Rubitherm GmbH

、TEAP Energy

、PCM Products

，以及BASF和Microtek生產(chǎn)的相變微膠囊等，這些公司出售的相變材料產(chǎn)品主要為中低溫(<164 ℃)的相變材料

或封裝的相變材料產(chǎn)品，主要的應用方向為建筑節(jié)能。國內(nèi)江蘇金合能源公司聚焦于復合相變儲熱/冷材料的研發(fā)和應用，率先實現(xiàn)了中高溫定型相變材料的工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)模示范。

基于以上對各類儲熱材料的介紹，這里主要對相變儲熱和熱化學儲熱材料的制備技術進展做簡要概述，尤其是復合型儲熱材料。根據(jù)制備方法的不同，制備技術主要可分為微膠囊包裹法、浸漬吸附法、直接混合燒結/澆鑄法、擠出成型法，這幾種制備方法的特點和發(fā)展現(xiàn)狀如圖8所示。其中，復合相變微膠囊的制備發(fā)展較早，目前已有一些較成熟的制備方法，但是產(chǎn)量不高，其價格也比較昂貴

。采用直接混合燒結法制備定型復合相變儲熱材料的操作簡單、成本經(jīng)濟，并已完成大規(guī)模的示范研究，如在青海等地儲熱技術示范地單體蓄熱功率達到了10 MW

。復合熱化學儲熱材料的制備相比于復合相變儲熱材料的發(fā)展較晚。目前較多使用的是直接混合法和浸漬吸附法，膠囊包覆法和擠出法的研究相對較少，此外也尚未有相關的產(chǎn)品面向市場出售。

規(guī)模化制備中，以直接混合燒結法制備定型復合相變儲熱材料為例，其主要流程如圖9所示?；谝陨瞎に嚵鞒蹋山⑷詣踊膬岵牧弦?guī)?；a(chǎn)線，如圖10(a)所示。此生產(chǎn)線可以年產(chǎn)近萬噸的復合相變儲熱材料，產(chǎn)品實物如圖10(b)所示。由于規(guī)模化生產(chǎn)下的原材料純度、壓制尺寸、成型壓力和燒結條件等均與實驗室規(guī)模的樣品有一定的差異，因此需要對規(guī)?；a(chǎn)品的各項參數(shù)進行對比分析，從而對規(guī)?；に嚵鞒痰暮侠硇赃M行評估。表3為試制的相變溫度為500 ℃的復合相變儲熱材料的實驗室樣品和規(guī)?；瘶悠烽g的主要性能對比情況，可以看出規(guī)模制備的樣品的各項參數(shù)有所偏差，但差別較小。此外，規(guī)?；a(chǎn)品的合格率、樣品的均一性、表面完整性等都是衡量規(guī)模生產(chǎn)工藝合理性的重要指標。

1.4 儲熱材料的應用腐蝕問題

我國每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失約占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%～4%。對于大型儲熱應用，容器和管道與儲熱介質的腐蝕問題是決定系統(tǒng)壽命、經(jīng)濟成本和運行安全的關鍵因素。表4列舉了不同的腐蝕速率所對應的應用建議，設計時應根據(jù)所選的金屬對其使用壽命進行預測。

儲熱材料根據(jù)性質和狀態(tài)的不同、使用環(huán)境的差異，腐蝕情況也各不相同。本文按照應用溫度的不同，分別對低溫和高溫儲熱材料的腐蝕情況進行了介紹。低溫儲熱材料中，一般認為水合鹽類相變材料具有較強的腐蝕性

。這主要是由于水合鹽相變?yōu)橐簯B(tài)時具有很高的離子濃度，導電性良好，因而促進了電化學腐蝕的發(fā)生。Moreno 等

針對應用于熱泵的儲熱冷系統(tǒng)而選擇了相變溫度區(qū)間在10～15 ℃和45.5～48.5 ℃的11 種相變材料，其中包括4 種商業(yè)的無機鹽相變材料(PCM Products公司的S46 和S10、Climator 公司的C48 和C10)，通過對相變材料與不同金屬的相容性進行分析，對金屬壁材的選擇提出了建議，結果見表5?？梢钥闯?，不銹鋼316幾乎對所有水合鹽具有比較好的耐腐蝕性。碳鋼表現(xiàn)一般，僅對C48 和K

PO

·7H

O有較好的抗腐蝕性。此外，金屬鋁和銅也僅與少數(shù)無機鹽具有良好的相容性。

10月17日，興業(yè)縣民政園一期項目建成投入使用，將有效解決該縣“三無”人員、農(nóng)村五保戶、流浪乞討人員、孤殘老人兒童、空巢老人等弱勢群體集中供養(yǎng)和托老養(yǎng)老問題，提升民政公共服務能力。

板式儲換熱裝置相比較其他類型結構具有傳熱系數(shù)高、結構緊湊和熱損失小等優(yōu)點，但也存在密封性差和易堵塞、不易清洗等問題

。為強化其傳換熱效率，不同結構形狀的板片被研究和考察。見表6，常用的有人字行板、水平平直波紋板和鋸齒形板等

。以波紋傳熱板片儲熱裝置來說，其傳熱流道中布滿網(wǎng)狀觸點，傳熱流體沿著板間狹窄彎曲、猶如迷宮式的通道流動，其速度大小和方向不斷改變，形成強烈的湍流，從而破壞了邊界層，有效強化了傳熱。

在光熱發(fā)電系統(tǒng)的應用中，不銹鋼和碳鋼是最常用于盛裝和輸送高溫熔融鹽的金屬材料。碳鋼因成本較低，故常用來搭建溫度較低、腐蝕問題較輕微的設施，如低溫熔鹽罐。而不銹鋼則可用于高溫場合，例如吸熱器、高溫罐等。Palacios等

分別研究了碳鋼(AISI 1045)、不銹鋼(304L、316L)和鎳合金(Inconel 600)與二元硝酸鹽(NaNO

-KNO

)在500 ℃下的靜態(tài)腐蝕行為，見圖11。經(jīng)過2160 h的腐蝕研究，認為這幾種金屬的抗腐蝕性依次為：鎳合金Inconel 600(0.29μm/a)>304L(0.67μm/a)>316L (6.58 μm/a)>AISI 1045 (69.81 μm/a)。此外，此作者結合各種金屬的腐蝕損失速率與材料自身成本進行了經(jīng)濟性分析，認為從長期來看，不銹鋼304L和316具有更佳的經(jīng)濟性。一些研究人員為了模仿實際應用中熔融鹽流動過程的腐蝕問題，進行了動態(tài)的腐蝕試驗。García-Martín 等

設計了一種動態(tài)腐蝕研究裝置，并申請了專利(專利號ES2534850B2)。為模擬CSP光熱發(fā)電系統(tǒng)彎管和閥門的流動情景(0.2～0.5 m/s)，研究者們使NaNO

-KNO

二元鹽平行地以0.2 m/s 的流速經(jīng)過金屬A516的表面。對比靜態(tài)試驗的腐蝕結果發(fā)現(xiàn)，動態(tài)腐蝕的腐蝕速率提高了約50%?？梢姡瑢嶋H應用中的腐蝕問題應當更加小心謹慎。

（2）焓法模型

2 儲熱裝置的擬和傳熱強化

2.1 相變傳熱過程和數(shù)值求解方法

通過分析研究裝置內(nèi)相變材料的相變過程可以得出裝置內(nèi)的溫度分布，了解物性與邊界條件對儲放熱過程的影響，掌握兩相界面運動的規(guī)律，從而幫助設計儲熱裝置，如所需的儲熱介質的總量，相變過程的時間等參數(shù)

。相變儲熱裝置內(nèi)的傳熱過程通常包括以下幾個方面：①固液兩相界面的移動、潛熱釋放、非線性；②伴隨著密度變化產(chǎn)生的空穴的形狀、發(fā)展和位置；③固相和液相的熱傳導；④液態(tài)相變材料的流動(自然對流、Marangoni對流、相變流動)；⑤液態(tài)相變材料內(nèi)的熱傳導和對流換熱；⑥穿過空穴的輻射和蒸發(fā)與凝結熱交換等。對解析這類復雜情況和多維的相變問題，數(shù)值解法是唯一可行的手段。

相變傳熱問題的數(shù)值解法可以分為兩大類：一類是界面跟蹤法或強數(shù)值解法，包括固定步長法、變空間步長法、變時間步長法、自變量變換法、貼體坐標法和等溫面移動法等。另一類是固定網(wǎng)格法或弱數(shù)值解法，不需要跟蹤固液兩相界面的位置，把包含不同相態(tài)的求解區(qū)域作為整體求解，包括有等效比熱容法和焓法

。第1類方法多用于應對一維層面上的相變傳熱問題，而處理較為復雜的多維界面移動時則多選用第2類方法。以下對整體求解相變傳熱問題的等效比熱容法和焓法進行展開介紹。

（1）等效比熱容法(顯比熱容法)

此外，在熔融鹽中添加納米顆粒的比熱增強效果在諸多實驗中都有報道

，其增強機制也有很多推測，然而尚未形成統(tǒng)一的理論解釋

。為此，研究人員通過分子動力學模擬對這一現(xiàn)象的理論機制進行了探究。Qiao等

用試驗與分子動力學相結合的方法對混合氧化硅納米顆粒的硝酸鹽比比熱容提高的現(xiàn)象進行了研究，并觀察到納米顆粒表面庫侖力對陽離子的吸引作用引起納米顆粒周圍的鹽離子的重新排布和分層現(xiàn)象，如圖7 所示。作者首次以此為依據(jù)對該現(xiàn)象展開了機理探討，并基于已有的理論基礎提出了新的理論解釋。Anagnostopoulos 等

在混合熔融鹽(solar salt)中觀察到了類似的現(xiàn)象，對該理論進一步進行了補充和解釋。Rizvi等

在分子動力學研究中觀察到了納米顆粒表面鹽離子的分層現(xiàn)象并提出納米顆粒對于熔融鹽中具有較高zeta電位的離子具有較強的吸引能力，從而導致了體系的分層現(xiàn)象。此微觀分層現(xiàn)象影響了熔融鹽結晶時的形態(tài)，并增強了熔融鹽的比熱容。

等效比熱容法的缺點是當相變溫度很窄時，如果時間步長稍大，計算過程就會越過相變區(qū)，導致忽略了相變潛熱，造成計算結果失真。而對于在單一溫度下發(fā)生的相變過程，其缺點就更加突出。

氯化鹽的使用溫度比硝酸鹽的更高，其腐蝕性也更強。隨著下一代CSP 光熱發(fā)電系統(tǒng)中需要運行溫度更高的氯化鹽作為傳熱介質，選擇適合的金屬來應對強腐蝕性的氯鹽也成為了一個技術瓶頸。由此，適用的腐蝕防護技術也成為了研究熱點。腐蝕的防護的方法一般可以包含以下幾種：①陽極犧牲法，如使用鋅和鎘來減少無機鹽對金屬銅和鋁的腐蝕

。②添加腐蝕延緩劑，例如Ding 等

發(fā)現(xiàn)在三元氯化鹽MgCl

-NaCl-KCl (60%-20%-20%，摩爾分數(shù))中添加金屬Mg單質可有效抑制腐蝕反應的發(fā)生。③使用防腐涂料以防止對金屬基體的侵害，如在金屬表面鍍石墨、陶瓷、金屬等。Grosu等

發(fā)現(xiàn)對金屬表面進行噴碳處理，可以有效降低硝酸鹽和碳酸鹽對碳鋼的腐蝕(圖12)。Encinas-Sánchez 等

發(fā)現(xiàn)經(jīng)過鍍ZrO

-Y

O

處理的P91 鋼可以達到304 不銹鋼的抗腐蝕性。Sidhu 等

采用了一種高速氧燃料熱鍍的方法在Ni-Fe 合金上鍍250～300 μm 的NiCrBSi 防腐涂層，可有效耐受900 ℃Na

SO

-60% V

O

的侵蝕。④材料預處理，例如提前烘干熔融鹽，或對金屬表面進行拋光。Groll 等

和Grosu 等

均發(fā)現(xiàn)熔融鹽中的少量水分(質量分數(shù)2%)會明顯加劇腐蝕程度，其影響超過熔融鹽中雜質的影響。此外，Grosu等

發(fā)現(xiàn)對金屬表面進行拋光處理可以去除局部氧化的表面，而避免一些腐蝕反應的發(fā)生。

焓法是將熱焓和溫度一起作為待求函數(shù)，在整個區(qū)域建立一個統(tǒng)一的能量方程，利用數(shù)值方法求出焓分布，然后確定兩相界面。因此不需要跟蹤界面，將固液分開處理，所以也就更適合多維的情況，數(shù)學上已證明焓法模型的基本方程和描述相變問題的常用方程是等價的。

在系統(tǒng)數(shù)學模型的建立中，采用拉格朗日動力學方程以及牛頓力學定律.由于兩輪自平衡底盤本質是不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，因此建模必須考慮線性化問題.

焓函數(shù)定義為顯熱比熱容和相變潛熱之和，是溫度的函數(shù)，可表示為：

傳統(tǒng)文化中隱藏著中華精神和靈魂。隨著國學的普及和發(fā)展，傳統(tǒng)文化的價值日益被現(xiàn)代中國人所接受和認可。語文教學中滲透傳統(tǒng)文化，可以提升學生的道德品質和民族自豪感，有助于身心的修養(yǎng)和完善，并幫助學生樹立中國人特有的認識世界和理解世界的觀念，做一名熱愛祖國熱愛人民的好學生。

=

CT

+

因此，蓄熱過程中溫度與焓的關系可表示為：

其中，

C

=(

+

)/2 為材料在相變區(qū)內(nèi)的等效比熱容；

=(

-

)/2 為相變溫度范圍的一半，也叫相變半徑；

=

(

-

)是固態(tài)的飽和比焓；

=

(

+

)是液態(tài)的飽和比焓；

為相變潛熱；

為液相率。

復合熱化學材料表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，例如沸石13X/MgCl

、膨脹石墨/CaCl

、MOF/SrBr

和蛭石/LiCl等。幾種典型水合鹽基復合材料的熱化學特性見表2。Xu 等

采用浸漬法將沸石與MgCl

復合，此復合儲熱材料既可以利用沸石載體吸附儲能，也可以通過MgCl

熱化學反應儲能，其總的儲能密度可高達1368 J/g。此外，與沸石復合解決了MgCl

的易潮解泄漏的問題，且復合后的循環(huán)穩(wěn)定性也有所提高。Korhammer 等

利用膨脹石墨與CaCl

復合，復合后的導熱性能提升了2 倍。純SrBr

在循環(huán)使用中出現(xiàn)了粉化的問題，因而D'Ans等

采用MOF 材料作載體封裝SrBr

(質量分數(shù)63%)后形成了循環(huán)性能穩(wěn)定的復合材料，該復合材料的儲熱密度達0.375 Wh/g(233 kWh/m

)。LiCl極易吸水潮解，因此Brancato等

將其吸附在蛭石多孔結構中，可有效防止LiCl 泄漏。Zhang 等

和Miao等

分別將硅藻土、膨脹石墨與MgSO

復合，復合后的熱化學材料在傳質性能及反應動力學方面均有顯著提升。同時，復合膨脹石墨后熱導率提升了84.8%，其在高壓工況下也表現(xiàn)出良好的結構穩(wěn)定性。另外，值得一提的是，Palacios 等

首次提出一種熱能存儲“三合一”的概念，將顯熱、潛熱和熱化學這3種儲熱形式集成到一個復合材料體系中(圖6)，從而最大化地提升了材料的儲熱性能，總的儲熱密度可達2 GJ/m

。隨后，作者也對開發(fā)的HDPE-MgSO

新型三合一復合材料進行了驗證。

2.2 相變儲熱裝置的研究和性能優(yōu)化進展

設計高效、緊湊的儲換熱裝置是提高儲放熱速率的關鍵之一

。一般而言，一套完整的相變儲換熱裝置主要由3部分組成，即相變材料、包裹相變材料的容器和傳換熱界面。目前國內(nèi)外學術界和工業(yè)界應用研究最為廣泛的儲換熱裝置主要包括填充床式、管殼式和板式儲熱裝置3種，其結構分別如圖13所示。

1158 水面艦艇官兵海上執(zhí)行任務期間衛(wèi)生服務需求及利用情況調查 胡超群，呂奕鵬，徐振清，薛 晨，張鷺鷺

填充床儲熱裝置具有結構簡單、換熱面積大和換熱效率高等優(yōu)點

。然而受限于內(nèi)部復雜的擾流和強非線性相變過程特征，對其儲放熱過程研究變得比較困難。Yang 等

研究了一種由太陽能作為熱源的多層型填充床蓄熱器(相變溫度分別為40 ℃、50 ℃、60 ℃)。通過與傳統(tǒng)的單型填充床進行比較，研究者發(fā)現(xiàn)多層型填充床床中的相變材料比單類型系統(tǒng)融化得早得多，出水溫度也高于單型填充床。金波等

為提高相變儲熱球填充床的儲熱性能，提出了一種沿流動方向減小球徑的雙層填充床，研究發(fā)現(xiàn)采用雙層變球徑填充床結構后，下層相變球的換熱效果有了明顯提高，填充床的溫度均勻性也有所提高。

管殼式結構是工業(yè)應用較為廣泛的另外一種儲換熱裝置。目前對管殼式儲熱裝置的性能研究主要集中在傳熱流體參數(shù)的考察和結構設計的優(yōu)化上

。添加翅片和內(nèi)管偏心設置都是常見的強化傳熱手段。圖14 整理了不同學者針對傳熱強化研究所添加的不同結構翅片

。Wang等

研究了套管式相變單元內(nèi)添加環(huán)形翅片以及翅片的高度、比例、相鄰翅片間夾角對熔化過程的影響。此外，也有學者采用拓撲優(yōu)化的方法對添加翅片結構進行優(yōu)化，然后采用3D 打印技術進行制造。值得一提的是，拓撲優(yōu)化的方法是將儲熱過程和放熱過程分開考慮的，如何對儲熱和放熱過程進行耦合優(yōu)化，將是未來的研究方向之一

。

高溫儲熱材料主要以金屬和熔融鹽為主。其中，熔融鹽相變形成熔融態(tài)時生成了大量由陽離子和陰離子組成的離子熔體，具有非常好的導電性，相比一般電解質溶液可以高出1 個數(shù)量級甚至更多。此外，由于高溫應用環(huán)境(通常在100～1000 ℃之間)的加速作用，高溫熔融鹽的腐蝕性一般比低溫水合鹽的腐蝕問題要顯著得多。對于金屬相變材料而言，它們在高溫下相變?yōu)橐簯B(tài)金屬后都具有比較活潑的化學性質，尤其是液態(tài)鋁，它能與大多數(shù)金屬形成低熔點的合金，因而幾乎所有的常規(guī)金屬材料都不耐700～900 ℃的鋁液腐蝕

。

摘星樓外的空地，方圓數(shù)二十余丈，平坦如砥。其時藥圣孫思邈、書圣顏真卿、畫圣林白軒、琴圣蘇雨鸞、棋圣王積薪、烏有先生、子虛道人七位良師益友已按北斗七星的星位立在場地中央，孫思邈在中央占天權位，天樞顏真卿、天璇林白軒、天璣蘇雨鸞，為斗魁；玉衡王積薪、開陽烏有先生、搖光子虛道人，是為斗柄。顏真卿持筆，蘇雨鸞抱琴，其余皆凝神空掌，平心靜氣，起手如儀，靜候一邊已站成一線的袁安、上官星雨、李離三人。三人赤手空拳，袁安在前，據(jù)天位，上官星雨在中，據(jù)地位，李離斷后，據(jù)人位，天地人，是為三才。

石羊河流域高效節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)種植結構調整…………………………………………… 李元紅，王以兵(5.52)

儲換熱裝置儲放熱性能由兩個因素決定，一是裝置自身結構，主要取決于傳熱流體和相變材料之間的換熱面積；二是相變材料自身的熱物性。因此，對儲放熱效率的優(yōu)化也圍繞這兩點開展。目前應用的幾種儲換熱裝置(填充床式、管殼式、和板式)的優(yōu)化技術已經(jīng)較為成熟，但也要考慮過于復雜的結構設計所增加的制造成本。此外，由相變材料的固有屬性(低熱導率和與封裝材料低兼容性)導致的高界面熱阻，是突破相變儲熱裝置性能提升的重要研究內(nèi)容

。研究和開發(fā)基于復合相變材料的儲熱單元和裝置，構建從裝置到材料性能間的動態(tài)關聯(lián)(圖15)，從而實現(xiàn)裝置層面快速可控，將是儲熱裝置發(fā)展的重要方向

。

3 儲熱系統(tǒng)與應用

熱能存儲技術可用于削峰填谷、克服新能源波動性、熱管理、跨季節(jié)存儲等。根據(jù)國際再生能源總署預測

，熱能(冷與熱)存儲裝機量將于2030 年(800 GWh)達到2019年(234 GWh)規(guī)模的3倍，熱能存儲裝機量的提升將強化全球能源基礎設施。根據(jù)工作區(qū)間的不同，熱能存儲技術可分為零下(<0 ℃)、低溫(0～100 ℃)、中溫(100～500 ℃)以及高溫(>500 ℃)。顯熱儲熱、相變儲熱、熱化學儲熱和機械-熱能儲能等不同類型的儲能方式和不同種類的儲熱材料也具有各自的工作溫度區(qū)間范圍，如圖16 所示。以下將著重對相變儲熱、熱化學儲熱和機械-熱能儲能的系統(tǒng)和應用進行介紹。

第Ⅲ類的3家研究機構中，遼寧省標準化研究院作為網(wǎng)站主辦方建立了“遼寧省標準信息公共服務平臺”，但網(wǎng)站功能較為簡單，尚不能稱之為門戶網(wǎng)站，而貴州省標準化研究院和西藏自治區(qū)標準化研究所均難以在搜索引擎中找到相應網(wǎng)站。門戶網(wǎng)站及功能的缺失，直接影響了這3家標準化研究機構的品牌關注度。

3.1 相變儲能和熱管理系統(tǒng)

相變儲熱憑借近似恒溫的儲熱過程在熱管理領域中有廣泛應用，例如數(shù)據(jù)機房、電動/燃油汽車、建筑溫控、冷鏈以及航天器等，具體如圖17所示。

2021 年通信基站和數(shù)據(jù)中心分別占全球總耗能的4%和3%

，而常規(guī)熱管理系統(tǒng)的耗電分別約占通信基站和占數(shù)據(jù)中心用電量的17.5%和38%

?；谙嘧儍δ艿臒峁芾硐到y(tǒng)可有效應對緊急失控情況、避免重要部件的損壞，同時可以調節(jié)峰谷電。Oró等

研究了實用面積為500 m

，冷卻負荷為1278 kW 的數(shù)據(jù)中心的能耗。結果顯示，在巴塞羅那使用配備有儲熱技術的風冷壓縮制冷機組可縮減51%的用電量。

相變儲能技術在冷鏈中的應用主要包含火車、汽車貨柜運輸以及家用、商用冰箱等。最近報道了由中車石家莊和伯明翰大學聯(lián)合開發(fā)的一種基于相變儲能技術的“移動冷庫”(圖18)

。此相變冷庫可保持箱內(nèi)溫度在5～12 ℃長達140 h 或更長，并且所需充冷時間不超過2 h。目前，此移動冷庫已經(jīng)橫跨了多個地區(qū)，實現(xiàn)了35000 km 的公路運行和1000 km 的鐵路運行。Liu 等

計算1 個全尺寸冷藏室(3.4 m×2.2 m×2.2 m)使用相變儲能后的運行成本。結果表明，在保持-18 ℃的前提下，相比傳統(tǒng)柴油制冷可縮減86.4%的成本。Nie等

將相變儲能與空調系統(tǒng)相結合，將室內(nèi)的溫度波動降低了2 ℃。此外，與普通1.5 匹空調相比，壓縮機啟停次數(shù)減少27%、空調綜合COP 提升19%、電費成本降低17%，且成本回收期僅為1.83 年。除此以外，相變儲能和熱管理技術在電動汽車領域

、航空航天領域

、紡織領域也有廣泛應用

，這里不再一一進行報道。

3.2 熱化學儲能系統(tǒng)

目前熱化學儲熱技術主要應用于供暖和供冷中

。Cuypers 等

報道了一種用于住宅和辦公室的季節(jié)性熱化學存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的輸出功率(0.60 kW/kg 材料)和較快的反應響應時間(約5 min)。Hongois 等

開發(fā)了一種基于硫酸鎂的熱化學儲熱系統(tǒng)。研究表明，系統(tǒng)的儲能密度可達0.18 Wh/g (166 kWh/m

)，且相比熱水顯熱儲能系統(tǒng)的單位體積儲能密度提高了2 倍以上。Ahmad 等

分別設計了單級和雙級的熱化學吸附系統(tǒng)以同時滿足供熱和供冷的需求，如圖19 所示。在入口溫度為±30 ℃時，單級系統(tǒng)的出口溫度可降低18～20 ℃，而雙級系統(tǒng)的出口溫度可達5 ℃。此外，系統(tǒng)的COP 在入口溫度為29～37 ℃和濕度為30%～60% RH 時可達到1～7.3。

熱化學系統(tǒng)與新能源特別是太陽能的相結合也是一個重要的研究熱點。PROMES 實驗室安裝了一種基于BaCl

/NH

工作對的太陽能空調試驗裝置

。該裝置由一個20 m

的平板太陽能集熱器提供熱能，并能實現(xiàn)20 kWh 的日制冷量。經(jīng)過2 年的實驗運行表明，太陽能集熱器的年平均效率和系統(tǒng)COP分別為0.4～0.5和0.3～0.4。Aydin等

提出了1種太陽能熱化學吸附管式反應器，吸附材料為蛭石-氯化鈣復合材料。該系統(tǒng)的3 個吸附管均能在20 h內(nèi)提供24.1 ℃的平均溫升，實現(xiàn)的平均功率輸出可達730 W，系統(tǒng)總儲能容量和儲能密度分別為25.5 kWh 和290 kWh/m

。除了以上介紹，還有更多的基于熱化學吸附儲熱的典型應用，見表7。

3.3 液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)

液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)是一種以液態(tài)空氣或氮氣作為儲能介質的大規(guī)模儲能系統(tǒng)，可以為電網(wǎng)提供削峰填谷、頻率調節(jié)、黑啟動等服務。紐卡斯爾大學于1977 年首次提出使用液態(tài)空氣作為儲能介質為電網(wǎng)提供調峰服務

。隨后，三菱重工

和日立公司

開始對此展開進一步研究。然而，該項技術的重大進步和轉折點發(fā)生在2005 年：英國利茲大學和高瞻公司(Highview Power)開始對液態(tài)空氣儲能技術展開合作研究。2009—2012 年，該合作迎來了世界首個液態(tài)空氣儲能中試工廠的建立(350 kW/2.5 MWh)

。2012 年，高瞻公司將該中試工廠贈予英國伯明翰大學用于進一步的學術研究，如圖20(a)所示。此外，高瞻公司于2018年在英國曼徹斯特完成了試商用液態(tài)空氣儲能電站(5 MW/15 MWh)的建設

，如圖20(b)所示，并于2019 年宣布世界首套商用級的液態(tài)空氣儲能電站(50 MW/250 MWh)將于2022年在英格蘭北部竣工

。

液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)的工作原理如圖21 所示。在沒有儲熱和儲冷裝置的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)中，系統(tǒng)的循環(huán)效率約為27%。加入冷/熱循環(huán)后，可以將系統(tǒng)的循環(huán)效率提高至50%以上

。其中低溫冷能的存儲對系統(tǒng)效率的影響最為顯著，研究表明當?shù)蜏乩淠芎蛪嚎s熱的存儲?效率分別下降30%時，系統(tǒng)的循環(huán)效率將分別下降28%和8%

?，F(xiàn)階段的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)中，低溫冷能(-196 ℃)存儲的介質主要為巖石(填充床)

、甲醇

、丙烷

、R218

等。然而，當巖石填充床作為儲冷介質時，其存儲的一部分冷能無法完全被利用，從而導致系統(tǒng)整體效率的下降

。丙烷和甲醇(傳熱介質兼儲冷介質)因此也成為了低溫冷能存儲的研究熱點，并且研究中多采用兩級儲冷配置：丙烷和甲醇分別用于低溫段(-185 ℃左右)和中低溫段(-75 ℃左右)的儲冷。這種儲冷方式，可以有效避免填充床冷能提取不完全的問題，但是由于成本較高、存在一定安全隱患，還停留在理論研究階段。

4 儲熱技術的相關政策和經(jīng)濟性分析

4.1 全球儲熱技術市場現(xiàn)狀與相關政策

根據(jù)國際可再生能源署(IRENA)2020年報道

，截至2019 年底，全球范圍儲熱技術裝機容量約為234 GWh，應用場景主要集中在3 個部門：供冷、供熱以及電力，見表8。然而，由于各國氣候條件和能源結構等方面的差異，儲熱技術的發(fā)展也有很大區(qū)別。

4.1.1 供熱

目前，全球絕大部分(85%)的儲熱技術應用于區(qū)域供熱系統(tǒng)以及建筑供熱。顯熱儲熱是迄今為止最成熟和最廣泛被商業(yè)應用的儲熱技術類型，尤其是水罐儲熱。目前，顯熱供熱技術的應用主要集中在歐洲。以英國為例，截至2016 年，英國家庭大約安裝了180萬個蓄熱電暖器(固態(tài)儲熱)以及1100萬個熱水儲罐供熱系統(tǒng)(容積超過50 L)

。在區(qū)域供熱領域，已安裝水罐儲熱項目有幾十個，罐體的容積通常在幾百到幾千立方米之間。其他類型儲熱技術，如地下儲熱項目(包括熱井儲熱，鉆孔儲熱，含水層儲熱)等的市場應用則非常少。由于供熱占英國最終能源消耗的35%以上，英國政府也在政策層面上提供了多項支持方案以實現(xiàn)碳中和目標

。例如，從2011 年起實施的可再生供熱倡議(domestic renewable heat incentive，RHI)激勵計劃，從財政上激勵居民采用低碳供熱技術，包括生物質鍋爐、太陽能供熱和熱泵。同時也資助了多項供熱系統(tǒng)示范項目，鼓勵區(qū)域供熱模式的低碳創(chuàng)新。此外，英國還投入大量公共資金支持包括儲熱在內(nèi)的儲能技術，并通過政策及市場機制改革，一方面確立儲能的資產(chǎn)類別屬性，為儲能的大規(guī)模應用消除障礙，另一方面積極探索電力市場商業(yè)模式創(chuàng)新、發(fā)展和完善輔助服務市場，為儲能商業(yè)化應用創(chuàng)造條件。

1938年10月，毛澤東總結了全國抗戰(zhàn)以來15個月的經(jīng)驗，明確指出：“改良人民群眾生活問題，過去實行的太微弱了，因此不能激發(fā)廣大人民的抗戰(zhàn)熱忱，對堅持長期抗戰(zhàn)是非常不利的。”［2］131他認為實行各項改善民生的政策是今后全民族當前的緊急任務。1939年2月，毛澤東在《在延安黨政軍生產(chǎn)動員大會上的講話》中，肯定了邊區(qū)生產(chǎn)運動在支前和改善人民生活中的成績，明確指出：“如果全國都像邊區(qū)一樣的做起來，這就是全國物力動員起來了，果如此，則‘抗戰(zhàn)必勝，建國必成’就會成為現(xiàn)實了。”［2］138

此外，全球大部分大型儲熱技術設施的裝機主要來自北歐(尤其是丹麥、德國和瑞典)的區(qū)域供熱系統(tǒng)。其中，太陽能區(qū)域供熱(solar district heating，SDH)系統(tǒng)在歐洲供熱部門的能源轉型中發(fā)揮著重要作用。丹麥在太陽能區(qū)域供熱系統(tǒng)的裝機數(shù)量和容量上領先全球，70%以上的大型太陽能區(qū)域供熱廠都在丹麥建造

。熱井儲熱和鉆孔儲熱是丹麥太陽能供熱廠中最常見的兩種跨季節(jié)地下儲熱技術。由于地下儲熱技術的大量使用，目前丹麥、德國和瑞典等歐盟國家的區(qū)域供熱儲能裝機容量在全球占比超過60%。丹麥能源政策的特點是注重能源系統(tǒng)的整體規(guī)劃，充分發(fā)揮可再生能源的稅收政策和輔助政策框架之間的協(xié)同效應，如稅收減免、上網(wǎng)電價補貼政策以及投資補助等，并通過熱電聯(lián)產(chǎn)以及廣泛應用儲熱技術等多項措施極盡所能地利用當?shù)氐目稍偕茉?、余熱和廢熱

。

4.1.2 供冷

前盾脫困施工從中間向兩邊進行，在原塌腔拱部防護下按設計斷面安裝拱頂拱架后，采用方木臨時支撐在盾殼上，見圖6，然后分左右開挖拱腳，并及時進行支護。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)預測全球的制冷需求將從2000 年的300 TWh 大幅增長至2100 年的10000 TWh，約占到彼時全球電力總需求的一半

。儲冷應用中，冰儲冷已經(jīng)成功商業(yè)化，而相變儲冷大多還處于實驗室規(guī)模的研究

。全球范圍來看，儲冷項目目前大部分位于美國，有少數(shù)一些大型項目位于氣溫較高的國家，如卡塔爾、約旦等。截至2017 年，美國已部署了將近100 MW的冰儲熱系統(tǒng)，其中絕大部分位于紐約和賓夕法尼亞州

。美國對儲能產(chǎn)業(yè)的支持政策具有覆蓋面廣和前瞻性布局的特點，例如，2020 年12月美國能源部(DOE)發(fā)布的能源存儲大挑戰(zhàn)路線圖(Energy Storage Grand Challenge Roadmap)

，旨在創(chuàng)造和維持美國在儲能領域的領導地位。2021 年3 月，美國能源部宣布將投資7500 萬美元建設一個國家級的儲能技術研究與開發(fā)中心(Grid Storage Launchpad，GSL)，研究方向將重點涉及儲熱和儲電。除了國家層面的戰(zhàn)略規(guī)劃外，各州層面也制定了各類鼓勵儲能的政策，涵蓋財稅政策、市場環(huán)境及監(jiān)管機制等多方面

。

4.1.3 電力部門

隨著全球越來越多國家承諾零碳排放，電力部門低碳轉型以及不斷提升電氣化程度已經(jīng)成為當前發(fā)展的大趨勢。其中，熔融鹽儲熱也隨著聚光太陽能熱發(fā)電廠(CSP)的發(fā)展成為在電力部門應用的主要儲熱技術，目前的裝機容量已超過21 GWh。熔融鹽儲熱已在世界各國廣泛投入運行，西班牙處于世界領先地位。截至2019 年，熔融鹽儲熱裝機容量最高的地區(qū)分別為西班牙(6.9 GWh)、南非(4.1 GWh)、美國(4.0 GWh)和中國(2.3 GWh)。

4.2 常見儲熱技術的成本與經(jīng)濟性

評估儲熱技術是否能市場化取決于很多因素，其中成本是一個關鍵的考量。除了成本外，各類儲熱技術的經(jīng)濟可行性在很大程度上取決于具體應用和操作需求，包括存儲周期和頻率等。對于所有類型的儲熱技術而言，隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加單位投資成本均呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢

。

(4)協(xié)調發(fā)展型情景下，水資源承載能力隨著時間的增長，增加的幅度最大，水資源承載能力在2030年達到了最大，說明協(xié)調發(fā)展情景下山塘水資源的開發(fā)利用潛力最大，也是未來經(jīng)濟社會發(fā)展的方向。

對于顯熱儲熱技術，相比儲熱材料本身，相關組件和安裝費用在總成本中占有較高比例。水罐儲熱應用中，英國眾多小型水罐儲熱項目之間成本差異較大，在26～183 ￡/kWh 之間，或925～2700 ￡/m

，而大型可用于跨季節(jié)儲熱的水罐儲熱項目成本則可能低至1￡/kWh，或91～114￡/m

。熱井儲熱技術由于通常用于特大規(guī)?？缂竟?jié)儲熱，其成本顯著低于水罐儲熱，德國熱井儲熱的費用在0.4～1 €/kWh之間

，或30～148 €/m

。鉆孔儲熱同樣具備非常低的單位成本，可低至0.4 €/kWh 或14～60 €/m

。此外，應用于光熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫熔融鹽儲熱技術仍處于商業(yè)化初期。熔融鹽儲熱的當前投資成本為26.1～40$/kWh

。隨著儲容量的不斷增大，單位成本也會顯著下降，傾向于在31$/kWh

。

相變和熱化學儲熱由于較為昂貴的材料成本而推高了系統(tǒng)的整體成本。此外，隨著規(guī)模的增加雖然也會降低成本，但是規(guī)模效應并不如顯熱儲熱那么明顯。IRENA

報告的相變儲熱技術成本在58～230$/kWh之間。在英國，相變儲熱技術還沒有完全進入商業(yè)階段，其生產(chǎn)廠商的報價高達250～350￡/kWh

。而從中國主要相變儲熱設備制造商的成本數(shù)據(jù)估計，相變儲熱系統(tǒng)當前在中國的初始投資成本約為350～400 ￥/kWh

。熱化學儲熱技術目前仍處于研究階段，成本也非常昂貴，尚未具備商業(yè)化條件。

安全與否是游客進行任何活動的前提，海島因其地理環(huán)境的特殊性，海域安全隱患多，此時旅游企業(yè)相關人員和海島工作人員就得做好安全警示工作。若游客行程中提出問題，應及時解決游客的問題，確保不會影響接下來的行程安排，最大努力提升游客滿意度。在行程結束后收到反饋信息尤其是投訴，旅游企業(yè)也應盡最大努力彌補，防止顧客流失。此外，重視反饋信息，也為旅游企業(yè)不斷增進自己的業(yè)務能力和找到自己服務缺口所在提供了重要信息來源。

與初始投資成本相比，所有儲熱技術的運營成本都相對較低。雖然現(xiàn)有的數(shù)據(jù)極為有限，但來自德國的一項研究評估了多種跨季節(jié)儲熱項目，認為這些項目的運行成本約為總投資成本的0.25%，維護成本則約為1%

。

5 結 語

隨著全球能源系統(tǒng)向脫碳和清潔轉型的逐步推進，儲熱技術在提高能源系統(tǒng)的靈活性、實現(xiàn)可再生能源穩(wěn)定輸出、提高能源利用效率等發(fā)揮著重要作用。本文聚焦儲熱技術的研究進展，分別從分子模擬、材料配方、規(guī)?；苽?、裝置設計、儲熱系統(tǒng)以及儲熱市場與政策等角度對儲熱技術的研究進行了總結。結合本文的幾個重要章節(jié)的成果，最后對儲熱技術進行如下總結和展望。

（1）儲熱技術根據(jù)形式的不同，如顯熱儲熱、潛熱儲熱、熱化學儲熱等，可以為能源系統(tǒng)提供多種解決方案，實現(xiàn)不同溫度范圍，不同時間跨度(分鐘、小時、季度等)、不同裝機規(guī)模的能量存儲。

（2）復合型的儲熱材料是高溫相變儲熱和熱化學儲熱材料的重要研究方向。同時，降低材料成本、增加產(chǎn)能、提高材料壽命和可靠性是未來中復合型儲熱材料應用的主要研究目標。

（3）儲熱材料應用過程中對金屬基材造成的腐蝕問題以及相關防腐措施也是未來儲熱技術應用中需要重點關注的問題。

（4）儲熱裝置的優(yōu)化設計和模擬研究已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，然而儲熱單元的工作效率仍然受限于儲熱材料的固有屬性，因此裝置的性能優(yōu)化要結合材料來實現(xiàn)。

（5）為擴展儲熱技術在電力、區(qū)域供熱、建筑和工業(yè)等多個領域的應用，仍然需要依靠適當?shù)恼吒深A措施和市場價值的拉動雙方面作用。同時，技術層面上，還需進一步提高儲熱的技術成熟度和降低技術成本。

（6）儲熱技術的應用場景廣泛，通過儲熱技術與不同能源技術實現(xiàn)跨系統(tǒng)耦合是集成能源系統(tǒng)、提高能源系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性的重要技術路線。

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