太阳能高密度跨季节储存的吸收/吸附储热机理研究

Among the different solar thermal storage technologies, the sorption thermal storage is a hot topic because it is suitable for seasonal storage with high energy storage density. In most of the researches, the thermal storage system works similar to the sorption heat pump. The energy density is improved through working pair research but not the thermal storage cycle research. In order to further improve the energy storage density of seasonal sorption thermal storage system through cycle improvement, a novel sorption thermal storage cycle with large concentration glide is proposed which combines the thermally driven refrigeration and thermal storage technologies. In the charge process, the condenser of the thermal storage system is cooled by the sorption refrigeration system, thus decreasing the pressure and enlarging the concentration glide of charge process. In this case, the energy storage density and grade are increased. The researches include the construction of thermal storage cycle with large concentration glide, the selection of working pair, the simulation and experimental research of the proposed system driven by solar heat source. This study proposes the novel sorption thermal storage cycle with large concentration glide, which realizes the solar driven seasonal thermal storage with high energy storage density. It provides higher energy storage density and longer storage term comparing with the conventional system. This study provides a new way to improve the solar thermal storage density based on cycle construction.

在太阳能储热技术中，吸收/吸附储热适合跨季节储存，且具有较高的储能密度，是近来的研究热点。在大多数的相关研究中，系统均借鉴吸收/吸附式热泵的循环方式，并研究储能密度更高的工质对，较少有研究通过储热循环改进提升储能密度。为了从循环角度进一步提高跨季节吸收/吸附储热的储能密度，本项目结合热驱动制冷和储热技术，提出了具有大浓度差的高储能密度吸收/吸附储热循环。在充热过程中，循环采用热驱动制冷系统冷却吸收/吸附储热系统的冷凝器，降低储热系统工作压力，进而增加储热工质的浓度变化，并提升储能密度和品位。主要研究内容包括大浓度差的储热循环构建、对工质对的筛选和太阳能驱动下系统储热特性的模拟实验研究等。本项目通构建具有大浓度差的新型吸收/吸附储热循环，实现太阳能的高密度跨季节储热，具有储能密度高于传统系统和跨季节储存基本无损失的优点，为从循环角度提高太阳能储热密度提供了新思路。

吸收式储热是太阳能长周期存储的重要方式，传统研究通过寻求储能密度更高的材料来提升吸收式储热的储能密度，而忽略了从热力循环的角度提高储能密度。本项目提出“通过循环构建增加储热浓度差，进而增加吸收式热存储的储能密度”的新思路，并进行了循环构建、基于不同工质的性能分析以及实验研究，从理论和实验上均取得了比传统吸收式储热循环更高的储能密度，具体工作如下。.（1）首先在热力循环构建层次，项目基于“增加浓度差就是增加储能密度”的指导思想，提出了两类增加储热浓度差的循环构建方式：第一类循环是在充热阶段降低被吸收剂终了浓度的循环，在该构建思想的指导下本项目提出“循环1-采用吸收式制冷冷却吸收式储热过程的储热循环”以及“循环2-热增压型吸收式储热循环”，第二类循环是在放热阶段增加被吸收剂终了浓度的循环，基于该思想本项目提出了“循环3-多级输出型吸收式储热循环”。.（2）其次在性能分析方面，项目基于典型太阳能长周期储热工况进行了循环性能分析，其中“循环1”可以将氨水吸收式储热系统的长周期储能密度从理论上提升2.38倍，“循环2”可以将氯化锂水三相吸收储热系统的短周期储冷密度和长周期储热密度从理论上提升2.5倍和5.9倍，“循环3”可以将溴化锂水吸收式储热系统的长周期储热密度最高提升7.32倍。.（3）最后在长周期储能实验研究方面，项目基于“循环3”设计了两级溴化锂水长周期吸收式储热实验装置，对太阳能驱动的长周期单级和两级吸收式储热性能进行了分析。在75-85℃的夏季驱动温度和50℃的冬季热输出温度下，两级循环可以达到233 kJ/kg的储热密度，比单级循环在同样工况下93 kJ/kg的储热密度提升了2.51倍，显示了设计的有效性。.本项目从新思路提出、理论循环构建、性能分析和实验研究等不同层次对大浓度差的高密度太阳能吸收式储热进行了层层递进的研究，不但从理论上为该领域的发展提供了新的思路，也从工程应用的角度提供了宝贵的经验，对于推动该研究方向的发展起到了积极意义。