应用于太阳能光热储存的储能材料快速光充热研究

发布时间：2020-05-08 04:27

【摘要】：能量储存是能源科学领域的重要分支。在能量转化及其利用过程中,常常存在时间或空间上的不匹配,这就催生了储能技术的发展。在这其中,热量储存在工业以及民用中用途广泛,因此受到了广大科研工作者的关注。太阳能光热储存作为其中一种极具发展前景的储热方式,更是得到了研究人员的集中研究。但目前的研究主要集中在储能材料热导率的改善上,因为储能材料的热导率一般比较低,导致其充放热速度缓慢,无法真正投入使用。所以人们选择将一些高热导材料加入储能材料,借以提高材料整体的热导率,但是人们同时发现,过量的参杂一方面导致材料储能性质的下降,另一方面其颗粒分散性变差,无法重复使用。在本项工作中,我们摒弃了传统的提高材料热导率的方法,转而利用光子在储能材料中的快速传输来实现对材料的快速均匀充热。入射光子会激发纳米颗粒表面电子产生共振,从而产生强烈的热效应。我们还进一步实现了非透明相变储能材料的快速光充热,并进而建立了一种“分步相变法”模型来解释实验现象。同时,我们还在该理论指导下,提出了磁场调控加快固液相变储热过程的方法,并利用此方法实现了对太阳能的快速热储存。
【图文】：

[2]Fig.1-1 The global installed photothermal capacity据最新统计数据，2014年全球光热装机总量已达400GW。从图1-1可看出，最近十年是太阳能光热利用飞速发展的时期。已经从 2005 年的 100GW 发展到2014 年的 400GW。而其逐渐加快发展的的背后则是光热利用技术的逐渐成熟。中国是全球光热利用的重中之重，从图 1-2 可看出，中国的光热市场正处在一个飞速发展的阶段。其最新光热装机总量全球占比达到 70%，远远超过其他所有国家。所以对中国来说，开发最新的光热利用技术亟不可待。也基于此研究背景，我们确定了对太阳能光热研究的大方向。

图 1-2 各国在全球光热市场装机容量中所占的百分比[2]Fig.1-2 The percentage of each country in global photothermal operation capa1.1.2 热储存技术太阳能固然前景远大，，但其利用也存在一些致命的弱点。在太阳能程中，其供求常常出现时间与空间上的不匹配。如太阳能最为丰富，利效的时候常常出现在夏季。而在其他季节，太阳光的强度大大减弱。或天中，太阳光最强的时候出现在中午。所以，人们设想，是否能够把太的时候的能量储存起来，等光强减弱的时候放出来继续使用。正是这种了热储存技术的出现和发展。常见的热储能方式包括显热储存和潜热储存[3]。显热储存[4]，通过储存热量，简而言之，就是通过材料温度的升高来达到对能量储存的目热储存[5]，又被称为相变储热，即当材料发生两相变化时，对热量热吸这部分能量又被称为潜热或热焓。由于热能储存在工业和民用中用途广在储能技术领域占有及其重要的地位。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK512;TB34

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本文编号：2654118