MOST分子太阳能热存储: 实现夏-冬跨季节蓄热供暖
发布者:dxh | 来源:建环视界 | 0评论 | 249查看 | 2018-11-09 11:57:23    

来自瑞典查尔姆斯理工大学的一个研究小组在开发一种特殊设计的分子方面取得了很大进展,该分子可以储存太阳能供以后使用。这些进展已经在四篇科学文章中提出,最近的研究成果出现在Energy&EnvironmentalScience[1]中。


大约一年前,研究人员提出了一种分子,是能够储存太阳能的能量。由碳,氢和氮制成的分子具有独特的性质,当它被太阳光照射时,它被转化为富含能量的异构体。然后可以存储该异构体以便在以后需要该能量时使用——例如,在夜晚或冬天。它是液体形式,适用于太阳能系统,研究人员称之为分子太阳能热能储存(MOST)系统。去年,研究人员在MOST的发展方面取得了很大进展。


▼ MOST分子太阳能热能存储原理

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图片来源:YenStrandqvist/ChalmersUniversityofTechnology


该研究小组开发了一种控制储存能量释放的催化剂。催化剂充当过滤器,液体通过该过滤器流动,产生使液体温度升高63℃的反应:如果液体在通过过滤器时温度为20℃,则流出温度可以达到83℃。同时,它将分子恢复到原始状态,以便可以在分子中重复使用。


▼ MOST太阳能热能存储

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“这种异构体的能量现在可以储存长达18年。当我们提取能量并使用它时,我们得到的温暖增加超过我们所希望的,”研究团队的负责人KasperMoth说道。Poulsen,化学与化学工程系教授。


“我们最近取得了许多重要进展,今天,我们拥有一个全年都能使用的无排放能源系统,”KasperMoth-Poulsen说。


▼ MOST分子太阳能热能存储:凹面集热器

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图片来源:JohanBodell/ChalmersUniversityofTechnology


太阳能集热器是凹面反射器,管道位于中心。它跟踪太阳在天空中的路径,并以与卫星天线相同的方式工作,将太阳光线聚焦在液体通过管道的位置。甚至可以在额外的管道上加入普通水,将系统与传统的水加热相结合。


研究人员接下来的步骤是将所有内容组合成一个连贯的系统。“还有很多工作要做。我们刚刚让系统工作。现在我们需要确保一切都经过优化设计,”KasperMoth-Poulsen说。Kasper认为,该集团对存储能力感到满意,但可以提取更多能源。他希望该研究小组不久将实现至少110℃的温度升高,并认为该技术可在10年内投入商业使用。


文章解读:


1、MOST系统的蓄热密度是多少?


据论文[1]介绍,MOST系统采用一种新型的“降冰片二烯衍生物”,蓄热密度可以达到400kJ/kg。作为对比,冰的融化潜热是334kJ/kg,石蜡的相变潜热约为150kJ/kg,CaCl2·6H2O相变潜热是176kJ/kg。


2、MOST系统的蓄热原理是什么?


在MOST系统中,降冰片二烯衍生物(NBD)在凹面反射器中吸收太阳光能后变成异构体四环庚烷(QC),四环庚烷(QC)的分子处在应变状态,在催化剂作用下转变成原来的降冰片二烯衍生物(NBD),同时放出热能。


▼ MOST分子太阳能热能存储NBD-QC

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值得提醒注意的是,MOST系统所采用的NBD-QC转化蓄能并非新鲜物,早在1996年我国科学家就发表了《降冰片二烯衍生物光敏异构化反应的机理研究》,2000年《日神奈川大学开发能贮存光能的塑料》也是使用这一原理。MOST比较难得的是“这种异构体(QC)的能量现在可以储存长达18年”。


3、有关蓄热的介绍


蓄热根据原理不同,可分为显热蓄热、相变蓄热、化学蓄热三类。


(1)“显热蓄热”依靠蓄热材料温度的改变,比如热水蓄热,蓄热密度低,例如,水的比热容仅为4.2kJ/(kg·K)。


(2)“相变蓄热”利用蓄热材料的相变焓差(主要为相变潜热),蓄热密度高,例如,冰的融化潜热是334kJ/kg,石蜡的相变潜热约为150kJ/kg,CaCl2•6H2O相变潜热是176kJ/kg。缺点是有些相变材料在重复使用后会衰减造成性能降低。


(3)“化学蓄热”是利用可逆的吸热化学反应蓄热。一般人最熟悉的化学蓄热应该是CaCO3-CaO+CO2,能量密度可达到3.26GJ/m3(约900kWh/m3),非常可观,并且材料存储丰富、价格低廉,并具有无毒、不腐蚀、不可燃等优点,最大的问题是在常压下分解温度高达1100K(826℃)。MOST系统采用的NBD-QC蓄热就属于化学蓄热。

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