碳達峰碳中和技術系列三：相變儲能技術

技術背景

全球碳中和大背景下，能源格局從化石能源絕對主導朝着低碳多能融合發生轉變。國家《“十四五”可再生能源發展規劃》近日公開發布，明确了“十四五”可再生能源發展目标、重點任務和保障舉措。《規劃》明确，到 2025年，可再生能源消費總量達到10億噸标準煤左右，占一次能源消費的18%左右；可再生能源年發電量達到3.3萬億千瓦時左右，風電和太陽能發電量實現翻倍；全國可再生能源電力總量和非水電消納責任權重分别達到33%和18%左右，利用率保持在合理水平；太陽能熱利用、地熱能供暖、生物質供熱、生物質燃料等非電利用規模達到6000萬噸标準煤以上。

随着可再生能源規模的擴大，能量的存儲和轉化成為了解決可再生能源不穩定性的關鍵技術。以風能和光能為代表的可再生能源技術，因為沒有安全可靠的能源儲運技術與裝備支撐，推廣應用極為艱難。要實現清潔能源的大規模應用，就需要發展新能源儲運技術。相變儲能作為一種從技術和經濟上都可以實現規模化的儲能技術，必将參與其中。

什麼是“相變儲能”技術

相變材料（Phase Change Material, PCM）指在相變過程中吸收或釋放大量能量以調控溫度的一類儲能材料。按相變類型，可分為固-固、固-液、固-氣和液-氣型PCM。按材料成分，PCM通常又可分為有機類、熔融鹽類、合金類及複合類等。

相變材料的分類

工作原理：當環境溫度高于相變溫度時，材料吸收熱量由固态轉變為液态；而當環境溫度低于相變溫度時，材料釋放熱量由液态轉變為固态釋放熱量，從而維持環境溫度在适宜水平。

相變材料工作原理

應用領域

工業餘熱回收：相變材料可應用于鋼鐵、化工、冶金等行業的餘熱回收，可以提高能源的利用效率，降低重工業行業能耗，減少工業碳排放。

清潔供暖供熱：利用相變材料将棄風、棄光電、低谷電等電能儲存起來，在需要的時候釋放，減少用戶用能成本；提高整個系統的能源利用率；可實現削峰填谷，平滑光電、風電的輸出功率，提升新能源發電的消納能力；為食品加工、紡織等企業提供穩定持續的蒸汽、熱風等高品質熱源。

空調儲冷：對于空調系統，将PCM存儲系統放入空調的壓縮蒸汽循環中，可以存儲來自蒸發器的冷量；在非高峰用電階段，PCM可以存儲多餘的冷量，然後在高峰用電期釋放，起到“移峰填谷”的效果。

建築領域：将相變材料結合在建築的石膏牆闆、混凝土中，或是做成薄膜與窗戶相結合；在北方地區，地闆下有地暖系統，與相變材料相結合可以進一步達到節能的效果。

相變材料的優勢

相變材料相變時，體積變化較小，能量密度高，可在較小的空間儲存大量的能量；

相變材料可以重複使用，幾乎沒有損耗，性能較為穩定；

材料相變時在等溫或者接近等溫的條件下發生，因此在蓄熱和放能的過程中，溫度和熱流基本恒定。

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