储能科学与技术

本期中英文目录

2023 (12): 0.

摘要 ( 96 )

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三元硝酸盐@二氧化硅微胶囊相变材料的制备及其性能研究

水潭, 吴玉庭, 李传, 李琦

2023 (12): 3595-3604. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0621

摘要 ( 143 )

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针对当前无机熔盐相变材料在中低温储热领域研究的不足，本工作开发制备出一种相变温度为150～220 ℃的多元熔盐相变微胶囊复合材料，并对其微结构和热物性进行观察表征。本工作首先进行三元混合硝酸盐的制备，STA测试结果表明纯三元盐的熔融点为156.04 ℃，相变潜热为95.5 kJ/kg，分解温度达到626.3 ℃；之后在其基础上利用凝胶-溶胶法进行熔盐胶囊化封装，采用SEM-EDS、FT-IR、XRD和DSC等手段对微胶囊复合材料的微观结构、化学成分、晶体结构、物理化学兼容性和相变特性进行测试分析。结果显示三元硝酸盐可被有效地包覆在二氧化硅壳体中，所形成的微胶囊材料粒径范围为10～40 μm，最高包覆率可达90.9%，微胶囊化后的熔融焓为86.81 kJ/kg，储热利用效率达78.36%，研究结果证明三元硝酸盐@二氧化硅微胶囊在中低温热能储存方面具有较高的应用潜力。

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面向火电厂改造的熔盐卡诺电池储能系统仿真研究

韩瑞, 廖志荣, 于博旭, 徐超, 巨星

2023 (12): 3605-3615. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0547

摘要 ( 452 )

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熔盐卡诺电池储能系统将火电厂与储能技术耦合，是实现机组灵活改造的有效途径。该系统可采用新能源场站弃电或者电网低谷电直接或者通过热泵循环间接加热熔盐，将电能转化为高温热能存储，而后高温熔盐和锅炉共同作为热源来驱动汽轮机发电，从而达到减少煤炭使用甚至替代锅炉的目的。为探究部件参数变化对火电厂改造的熔盐卡诺电池储能系统的效率影响规律，本工作首先在Aspen Plus平台中搭建了热泵循环、熔盐蒸发器以及典型600 MW亚临界燃煤机组等模块构成的熔盐卡诺电池储能系统热力学模型。其次，分析了热泵的循环工质、有/无回热以及部件关键参数对热泵制热效率及系统储能特性的影响规律。最后，比较了直接电加热和利用热泵循环加热熔盐的两种不同电转热形式的储能系统变工况效率。研究结果表明，有回热系统的热泵制热系数和储能系统往返效率均高于无回热系统；对于有回热系统，氩气作为热泵循环工质的回热器热负荷最低，然而氮气作为热泵循环工质时，储能系统的往返效率最高。在冷源温度67 ℃、等熵效率0.9和机械效率1.0时，储能系统额定工况的往返效率可达61.46%。此外，在额定工况下，采用热泵的储能系统相比于直接电加热的系统往返效率提高了45.16%。本研究可为火电厂改造的熔盐卡诺电池储能系统的设计和分析提供理论指导。

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应用于储热领域的混合钠基废盐热物性分析

袁子鸥, 王峰, 祁星朝, 张琦, 马瑞

2023 (12): 3616-3626. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0684

摘要 ( 155 )

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近年来工业废盐的堆积量剧增引发一系列环境问题。废盐的处置方法已成为制约废盐资源化利用的瓶颈。针对以NaCl和Na₂SO₄为主要成分的工业废盐(杂质离子包含钙、镁、钾等金属离子)，本工作提出利用钠基废盐作为储热材料的处置思路并对其热性能进行分析。采用分子动力学方法，分析废盐中主要杂质对钠基盐体系热物性影响。进一步通过高温熔融法制备二元钠基共晶盐NaCl-Na₂SO₄，分别添加质量分数为1%和5%的KCl模拟含有微量K⁺废盐，研究其对混合盐热物性影响。结果表明K⁺对钠基盐的热物性有显著提升，含有1%和5% KCl的混合钠基盐相比二元钠基共晶盐的相变潜热分别提高了64%和60%，导热系数提高了2～3倍。K⁺的存在有利于废盐热物性改善，为该类固废资源化利用提供了途径。

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水合盐/膨胀石墨复合相变材料的热物性及循环稳定性研究

刘云汉, 王亮, 张双, 林曦鹏, 葛志伟, 白亚开, 林霖, 陈海生

2023 (12): 3627-3634. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0643

摘要 ( 188 )

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本研究以三水合乙酸钠(SAT)作为主体相变材料，十二水合磷酸氢二钠(DSP)作为成核剂，羧甲基纤维素钠(CMC)作为增稠剂，膨胀石墨(EG)作为导热强化剂，采用熔融搅拌法制备了SAT-DSP-CMC/EG复合相变材料。通过扫描电镜、流变仪、天平、差示扫描量热仪、热常数分析仪等仪器对材料特性进行了表征和测量。通过热循环系统对材料的热循环稳定性进行了评估。结果显示，膨胀石墨可以提升复合相变材料的导热系数和黏度，但同时对复合相变材料的相变潜热和表观密度造成影响。随着膨胀石墨用量从1%增加至6%，复合相变材料的导热系数从1.055 W/(m·K)增长至2.247 W/(m·K)，复合相变材料的表观密度从1.13 g/cm³下降至0.77 g/cm³，复合相变材料的相变潜热从266.2 J/g下降至232.7 J/g。热循环实验表明，膨胀石墨用量为1%的复合相变材料具有良好的热循环稳定性，在530次热循环中，有效循环占比高于92%，过冷度普遍低于8 ℃。

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十二水磷酸氢二钠复合相变材料制备及应用于大棚降温的节能效果

肖强强, 孙佳康, 唐洪达, 张林华, 刁乃仁, 李辉

2023 (12): 3635-3642. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0483

摘要 ( 134 )

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温室大棚利用温室效应原理，维持植物适宜的生长环境。当光照强烈时，大棚内的温度可能超过植物正常的生长温度，此时需要采取适当的降温措施。本工作将相变储热技术应用于温室大棚，采用被动控温原理降低大棚的峰值温度，减少主动降温的能耗。选择十二水磷酸氢二钠为相变材料，添加成核剂和增稠剂后制得复合相变材料以改善水合无机盐的过冷和稳定性问题，使用步冷曲线法、差示扫描量热仪、同步热分析仪等测试材料性能。将复合相变材料封装成板，装配到温室大棚中，在实际光照条件下测试相变板对大棚内部热环境的影响。结果表明，4%质量分数的九水硅酸钠可以将十二水磷酸氢二钠的过冷度由12 ℃降低至0.5 ℃；黄原胶作为增稠剂，当质量分数为5%时，材料循环稳定性良好；复合材料的相变温度和潜热分别为34.2 ℃和194.5 J/g，适合用于温室大棚。连续24 h的温度检测显示大棚的峰值温度相比未装配相变板的参考大棚降低3.5 ℃，峰值时间推迟32 min，高温总时长相比参考大棚明显缩短。因此，十二水磷酸氢二钠复合相变材料应用于温室大棚可以起到改善大棚高温环境，降低制冷能耗的作用。

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三水乙酸钠复合相变材料的制备与热性能研究

尹国超, 刘军祥, 于庆波, 王浩磊

2023 (12): 3643-3654. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0609

摘要 ( 158 )

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本工作以羧甲基纤维素钠作为增稠剂，并分别以十二水磷酸氢二钠、无水磷酸氢二钠、纳米Al₂O₃及经十二烷基硫酸钠改性的纳米Al₂O₃作为成核剂，以石墨作为导热增强剂，采用熔融共混法制备出一系列复合相变材料(composite phase change materials，CPCMs)。通过红外光谱仪、扫描电镜、差示扫描量热仪和温度采集系统对CPCMs的成分、形貌和热性能等进行综合分析，结果显示，在三水乙酸钠基体中添加2%羧甲基纤维素钠/3%十二水磷酸氢二钠或2%羧甲基纤维素钠/1%改性纳米Al₂O₃能有效解决SAT相分离和过冷度大的问题，DSC分析结果显示CPCMs的相变焓维持在247.98 J/g和244.64 J/g的水平。在三水乙酸钠基体中加入2%羧甲基纤维素钠/3%十二水磷酸氢二钠/1%石墨或2%羧甲基纤维素钠/3%十二水磷酸氢二钠/1%改性纳米Al₂O₃/1%石墨能在不提高过冷度的同时增强CPCMs的导热能力，对CPCMs进行了快速循环蓄放热实验，通过T-history 法计算相对潜热的变化，结果发现，随着循环次数的增加，前者热衰减率不断增加，在循环次数达到40次后趋于稳定，热衰减约23%，而后者在经过50次循环后过冷度有增加的趋势。本研究有助于推动相变材料在储热领域的应用，并为高焓值和高稳定性三水乙酸钠复合相变材料的研发提供实验依据。

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用于地板辐射采暖的多元水合盐复合相变砂浆的制备及性能研究

刘洁, 杨英英, 李爱征, 王文松, 任燕

2023 (12): 3655-3662. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0649

摘要 ( 134 )

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本研究以地板辐射采暖为应用背景，Na₂HPO₄·12H₂O和Na₂SO₄·10H₂O为原料，研发出一种新型无机水合盐复合相变砂浆。首先，采用物理共混法制备出二元混合熔融盐(80%Na₂HPO₄·12H₂O-20%Na₂SO₄·10H₂O)，并通过添加成核剂(2%Na₂SiO₃·9H₂O)优化其过冷度；然后，选择2～2.5 mm的膨胀珍珠岩对其进行吸附封装，得到定型复合相变材料；最后，将定型复合相变材料掺入砂浆中制备出复合相变砂浆。通过差示扫描量热法(DSC)测试，获得二元混合熔融盐、二元共晶盐和定型复合相变材料的相变焓值分别为229.1 J/g、214.1 J/g和156.7 J/g，通过电子扫描显微镜(SEM)对定型复合相变材料进行表征，发现膨胀珍珠岩与共晶盐相变材料相容性良好。所制备的复合相变砂浆的导热系数为0.63 W/(m·K)，固态比热容和液态比热容分别为1.56 J/(g·K)和1.75 J/(g·K)，传热系数为3.85 W/(m²·K)。对复合相变砂浆进行了储热性能试验，发现与普通砂浆相比，复合相变砂浆可以更明显地减缓温度波动。在50 ℃恒温加热时，其冷端峰值温度比普通砂浆低2.5 ℃，在冷却时，其温度下降速率更小，说明复合相变砂浆具有良好的储热能力。将所制备的复合相变砂浆应用到间歇性地板辐射采暖中，可以在供暖时进行储热，使室内温度不至于过高，同时在停止供暖时释放热量，减缓室内温度降低速率，避免室内温度过低。复合相变砂浆的使用，能够在满足室内热舒适的同时抑制室内温度波动，实现热量的“移峰填谷”，减少供暖能耗，从而达到建筑节能的目的。

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应用于低温集热蓄热的二十二烷-十二醇复合相变材料的制备和性能

陈红兵, 李春阳, 王聪聪, 李璊, 卢浩阳, 刘宇航, 张岩

2023 (12): 3663-3669. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0482

摘要 ( 140 )

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为使相变材料更好覆盖太阳能PV/T系统中电池背板的工作温度范围，提高系统的储热能力。本工作首先采用熔融混合法制备了不同质量分数的二十二烷-十二醇(DE-CP)二元相变材料，并对其潜热进行测试分析。其中，二元相变材料的相变温度区间为20～50 ℃，基本覆盖PV/T系统中电池背板的工作温度；相比于其他二元相变材料，DE质量分数为60%的二元相变材料的潜热值最大，为243.8 kJ/kg；并且DE与CP质量配比为6∶4的二元相变材料的高温度相变峰面积大于低温度相变峰面积，两个相变峰的分布说明，DE质量分数为60%的二元相变材料更加适合在太阳能PV/T系统中应用。然后在二元相变材料中添加EG(膨胀石墨)作为支撑材料，通过吸附增强其导热能力，最终得到复合相变材料。并对其潜热、相容性、导热性进行测量和分析，结果表明DE-CP/EG复合相变材料的相变温度区间仍为20～50 ℃，三种原材料的相容性好，导热系数由原来二元相变材料的0.135 W/(m·K)提升至1.383 W/(m·K)，解决了相变材料自身导热系数低的问题，为后续复合相变材料在太阳能PV/T系统中的应用提供借鉴参考。

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电热相变储能系统的动态储热性能评价

贾亦轩, 姜金玉, 张叶龙, 宋鹏飞, 徐桂芝, 张高群, 金翼

2023 (12): 3670-3677. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0676

摘要 ( 144 )

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本工作以Na₂CO₃-K₂CO₃/MgO为储热介质，采用模块化集成思路建立了加热功率100 kW的电热相变储能系统。采用物理方法制备复合储热材料，借助扫描电子显微镜技术(SEM)和差示扫描量热法(DSC)等表征测试手段分析了复合储热材料的组分分布与储热特性。基于储热和放热过程的时间-温度测试曲线引入储热/放热进度函数，并通过研究系统不同位置储热模块的进度函数曲线变化趋势，阐明了系统的动态储热/放热过程。研究发现，储热过程中热风热量的传递是从储热模块中心向顶部聚集，再逐渐向四周扩散；而放热过程中冷风吸热是沿风道方向从前部模块的中心，依次向前部模块、中部模块与后部模块的表面进行。中部与后部储热模块内的热量从中心向底部、侧部和顶部等表面区域传递后向四周扩散。对基于复合相变材料和镁铁氧化物的储热系统的进度函数变化进行了比较分析，发现以复合相变材料作为储热介质时系统具有更快的储热和放热进程。系统的供热水温度设定为70～80 ℃，复合相变储热系统的稳定供热时间为1100 min，比镁铁氧化物储热系统提高了37.5%。本项工作有助于推动相变储热技术在供热系统中的应用，为研究电热相变储能系统中的动态换热过程提供参考依据。

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双螺旋盘管内膨胀石墨对相变材料的传热强化机制与蓄放热性能

郭艳芹, 曾镇, 张弘光, 凌子夜, 张正国, 方晓明

2023 (12): 3678-3689. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0717

摘要 ( 93 )

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本工作提出了一种双螺旋盘管与膨胀石墨强化传热的相变蓄热器结构，通过建立双螺旋管相变蓄热器模型，模拟了双螺旋管的螺距、材料热物性对蓄放热性能的影响规律。探讨了限制空间下相变材料自然对流与材料导热增强在传热强化过程中的控制作用。结果表明，在加工螺距限制条件下，减小螺距及增加螺旋数可以提升蓄热器放热性能。膨胀石墨可以提升相变材料热导率，同时会导致材料黏度增大，因此添加膨胀石墨能增强蓄热器的导热换热，但抑制自然对流换热。通过对比分析发现，在限制空间下材料的导热增强带来的传热强化程度能够弥补由于材料自然对流不足导致的传热损失。因此，本工作揭示了相变蓄热器传热强化的控制步骤在于材料热导率强化。基于实验和仿真结合的方式，本工作设计了一款用于加热生活热水的蓄热器结构，验证了所设计的蓄热器在宽进口温度、进口流量等操作工况下具有优异的放热性能。该蓄热器与电加热器相结合，能够在电热功率小于2200 W的条件下实现热水加热功率超3500 W，突破了家用电热设备的功率限制。

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碳捕捉对电石渣-钢渣复合相变储热材料性能的影响

杨洋, 熊亚选, 任静, 赵彦琦, 李烁, 田曦, 丁玉龙

2023 (12): 3690-3698. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0683

摘要 ( 132 )

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为资源化利用工业固废，降低储热系统成本，选取电石渣和钢渣1∶1混合进行CO₂捕集和封存，将封存CO₂的电石渣-钢渣混合材料作为骨架材料制备7种不同配比的NaNO₃/固碳电石渣-钢渣复合相变储热材料。通过热重分析法探究电石渣-钢渣混合材料的固碳性能，利用差示扫描量热法、高温热冲击法、X射线衍射法、电子显微法表征其储热性能、热循环稳定性、化学相容性和微观结构。结果表明，电石渣-钢渣混合材料的固碳率为24.48%；最佳热性能样品CC-SC4中NaNO₃、电石渣和钢渣的质量比为2∶1∶1，100～400 ℃工作温度内储热密度达到444.2 J/g，热导率为1.057 W/(m·K)，各组分间具有良好的化学相容性；样品CC-SC4经历1440次加热/冷却循环后仍具有优异的储热性能。

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改性粉煤灰基高温定形相变材料的制备及性能研究

肖天烈, 郁青春, 刘治平, 阴树标

2023 (12): 3699-3708. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0671

摘要 ( 179 )

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定形复合相变材料(SCPCM)具有高能量存储密度和高热稳定性的优点，然而内部的相变介质在持续吸热发生相变时，熔融态的相变介质容易泄漏，造成材料变形和腐蚀的问题。利用氢氧化钠(NaOH)对粉煤灰(FA）进行简单的改性处理，以改性粉煤灰(mFA)为陶瓷基体材料，Al-12Si合金粉为相变介质，通过混合烧结法制备高温定形复合相变材料(HTSCPCM)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、全自动比表面及孔隙度分析仪(BET)、同步热分析仪(TG-DSC)和导热系数仪(Hot Disk)等进行测试与表征。结果表明，碱改性制备的mFA表面呈丰富的多级结构，比表面积由3.82 cm²/g提升到40.86 cm²/g，孔容由0.008 cm³/g提升到0.085 cm³/g。混合烧结法制备的Al-12Si/mFA HTSCPCM成形效果良好，Al-12Si合金粉与改性粉煤灰陶瓷基体结合紧密，基体对Al-12Si合金粉的最大负载率为65%，相变潜热为97.76 J/g，热导率为15.10 W/(m·K)。在经过100次冷热循环后，形态依旧完整，无泄漏情况发生，相变潜热变为91.32 J/g，循环前后仅降低6.6%。因此，本工作制备的Al-12Si/mFA HTSCPCM具有相变温度适宜、热导率高、储热密度高和易加工等优点，有望在高温储热领域被应用。

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碳捕捉对废弃混凝土复合相变储热材料性能的影响

田曦, 熊亚选, 任静, 赵彦琦, 晋世豪, 李烁, 杨洋, 丁玉龙

2023 (12): 3709-3719. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0685

摘要 ( 142 )

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为充分资源化利用废弃混凝土，捕捉和储存CO₂，本工作利用废弃混凝土进行碳捕捉，分别采用经固碳和未固碳废弃混凝土为骨架材料，硝酸钠为相变材料，制备出了7种不同质量配比的复合相变储热材料。研究结果表明，废弃混凝土在最佳实验工况下固碳效率高达24.7%；在添加相同质量分数的相变材料情况下，固碳复合相变储热材料的熔化潜热高于未固碳复合相变储热材料；样品SS2的抗压强度高达121.54 MPa，固碳废弃混凝土及其复合相变储热材料的抗压强度均有较大提升，最高热导率[0.648 W/(m·K)]低于未固碳样品[0.884 W/(m·K)]；固碳前后的废弃混凝土骨架材料均与相变材料颗粒结合致密，材料各组分间的化学相容性较好。

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果蔬用冷库相变材料研制及其系统应用

戴照峰, 姜竹, 赵东亮, 张志远, 张小松

2023 (12): 3720-3729. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0384

摘要 ( 261 )

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相变蓄冷技术应用于冷库中，不仅可以利用谷电蓄冷产生经济效益，同时可以有效控制冷库温度，减少温度波动对果蔬造成的损失。本工作研制了一种相变温度可调、安全无害的麦芽糖醇/水低温相变材料。该材料根据麦芽糖醇配比的不同(质量分数1%～5%)，可实现相变温度和相变潜热在0.73～1.62 ℃和281.43～325.82 J/g的范围可调。鉴于该材料存在的过冷问题，通过添加质量分数为1.2%的四硼酸钠作为成核剂，可将过冷度缓解至1.09 ℃。通过数值模拟研究蓄冷板的布置形式对冷库内温度分布和蓄冷时长的影响，发现顶置+侧置的蓄冷板布置形式相比顶置式和侧置式具有更好的储冷保鲜效果。此外，底部架空的货物布置方式可进一步延长对果蔬的保鲜时间。本工作结合材料研发和模拟研究表明，相变蓄冷技术可有效转移峰电时期的用能负荷，实现16 h的离网保鲜运行。

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基于流态冰浆蓄冷的深远海风电就地消纳

黎福超, 陈明彪, 杜群, 陈永珍, 宋文吉, 林文野, 冯自平

2023 (12): 3730-3739. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0536

摘要 ( 155 )

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考虑深远海风电远距离输电带来的高成本与限制性，提出了一种以冰浆作为蓄冷载体的就地消纳深远海风电的技术路线，以南海某台风力发电机为研究对象，建立了性能与经济性评价模型，对循环COP、制冰速度、单位电耗、费用年值、单位制冰费用进行分析。并与船载场景下的制冰机相对比。结果表明：风电消纳制冰浆机组在海面下取水并补充淡水制冰的情景下制冰速度可达57.18 t/h，单位电耗39.47 kWh/t，较同功率下海水片冰机制冰速度提升80.4%，单位电耗降低51.1%，产能大能效高；储冰罐全年冷量损失比率不超过制冷量的2.7%，综合各项冷量损失，全年冷量损失比率不超过5%，且几乎不随海水流速变化波动，隔热能力优秀；计入冷量损失，机组全年冰产量达95.17万吨，可冷藏至少47.59万吨海产品，供应1100艘以上千吨级渔船使用，能够满足大规模的冰需求；机组费用年值为1758.70万元，制取单位冰浆费用低至36.96元/吨，较船载场景下海水片冰机减少47.3%，具有较强竞争力，经济可行性良好。

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相变储冷凝胶在管翅式储冷器中传热特性的研究

谭振炜, 李沐, 李传常

2023 (12): 3740-3748. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0682

摘要 ( 107 )

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相变储冷凝胶因其良好的稳定性在冷链运输中具有良好的应用前景，但其高黏度、低流动性的特点抑制了相变过程中的自然对流，影响了储冷器的传热性能，从而降低了冷能利用效率。本工作建立了二维管翅式储冷器的CFD模型，基于FLUENT软件的熔化/凝固模型，研究了相变储冷凝胶的流动性对储冷器传热性能的影响；对比了不同结构储冷器充冷效率，定义了无量纲数e表示结构充冷效率，并探究了不同储冷器结构对充冷过程的影响。结果表明，在-5 ℃冷源充冷下，有自然对流的储冷凝胶相较于无自然对流的储冷凝胶充冷时间缩短12%；在重力场的作用下，不同区域不同时间的储冷凝胶流动性不同，在凝固过程前期以及在储冷器上方的储冷凝胶流速较快且流场范围较大、传热更快；双管结构表现出更高的充冷效率。本研究有助于推动相变储冷器在冷链运输中的应用，并为优化相变储冷器结构提供理论依据。

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耦合光热发电储热-有机朗肯循环的先进绝热压缩空气储能系统热力学分析

尹航, 王强, 朱佳华, 廖志荣, 张子楠, 徐二树, 徐超

2023 (12): 3749-3760. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0548

摘要 ( 231 )

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PDF(1769KB) ( 375 )

先进绝热压缩空气储能是一种储能规模大、对环境无污染的储能方式。为了提高储能系统效率，本工作提出了一种耦合光热发电储热-有机朗肯循环的先进绝热压缩空气储能系统(AA-CAES+CSP+ORC)。该系统中光热发电储热用来解决先进绝热压缩空气储能系统压缩热有限的问题，而有机朗肯循环发电系统中的中低温余热发电来进一步提升储能效率。本工作首先在Aspen Plus软件上搭建了该耦合系统的热力学仿真模型，随后本工作研究并对比两种聚光太阳能储热介质对系统性能的影响，研究结果表明，导热油和太阳盐相比，使用太阳盐为聚光太阳能储热介质的系统性能更好，储能效率达到了115.9%，往返效率达到了68.2%，?效率达到了76.8%，储电折合转化系数达到了92.8%，储能密度达到了5.53 kWh/m³。此外，本研究还发现低环境温度、高空气汽轮机入口温度及高空气汽轮机入口压力有利于系统储能性能的提高。

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采用感应加热的固体电热储能装置多物理场

张鑫, 邢作霞, 付启桐, 张超, 姜立兵

2023 (12): 3761-3769. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0662

摘要 ( 170 )

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PDF(6263KB) ( 124 )

固体电热储能装置是新能源消纳的有效手段，目前固体电热储能装置大多数都采用电阻式加热，其加热时间长、加热温度不均匀、加热电阻丝使用寿命短、易老化等缺点仍无法解决。为了更有效地提高固体电热储能装置储热能力，本工作搭建了一套采用感应加热的固体电热储能装置，利用感应加热速度快、无污染的特点，将感应加热技术应用在固体电热储能装置中，并利用COMSOL进行模拟计算，研究了不同电流频率对电磁场与温度场的影响以及流体流速对蓄热体温度均温性的影响。结果表明，固体电热储能装置利用铸铁作为储热材料并采用感应加热，具有良好的蓄热特性，同时加热速度以及蓄热体温度相较于电阻式固体电热储能装置具有较大提升，在加热初始阶段，其温升速率最高可以达到8.5 ℃/min，加热阶段结束时，蓄热体整体温度在900 ℃；当风速为0.05 m/s时，蓄热体内部温度分布均匀性最佳。在未来电力市场中具备灵活快速的响应能力。研究结果对感应加热技术研究以及固体电热储能装置开发具有一定参考价值。

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基于㶲优化的梯级潜热储能装置的模拟研究

杨耿, 肖鑫, 王云峰

2023 (12): 3770-3779. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0531

摘要 ( 111 )

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PDF(4362KB) ( 91 )

为了解决热泵在利用低品位热能及可再生能源存在的时间和空间不平衡的问题，潜热储能技术常集成于热泵中。在该技术中，梯级潜热储能(CTS)装置的适配设计和填充相变材料(PCM)热物性的改善，对其耦合热泵系统的稳定和高效运行有重要影响。本工作基于多级热机?优化理论，针对太阳能热泵干燥系统设计了梯级潜热储能装置，介绍了依据焓法建立三维的壳管式CTS装置模型。选取乙酰胺作熔点改性剂的三水合乙酸钠(SAT)水合盐基复合PCM，作为CTS装置中熔点梯级排布的填充物。为研究其蓄热过程的传热特性和热管理性能，本工作对壳管式三级CTS装置和分别填充3种不同配比PCM的单级潜热储能装置进行了数值模拟，并模拟了75 ℃定温和太阳能集热热水的变温蓄热过程。结果显示，减少梯级潜热储能装置级之间的热传递可提高蓄热量；在三级CTS装置变温进水的相变蓄热阶段，平均进出口温降达4.41 ℃，可使峰值温度降低0.90%，对进口温度具有一定的缓冲作用，较单级蓄热装置的工作温度区间广；三级CTS装置蓄热密度是同体积生活热水蓄热水箱的2.39倍，可对太阳能集热器产生的波动热源进行有效蓄热，整体的出口温度均匀性和换热功率优于单级蓄热。本研究可为梯级PCM的制备提供指导，为CTS装置和材料协调优化研究提供新的思路。

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基于翅片结构优化的环境温差能采集热储特性分析

蔡阳, 周泽宇, 黄晓燕, 邓杰泓, 赵福云

2023 (12): 3780-3788. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0506

摘要 ( 127 )

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PDF(5763KB) ( 65 )

由于物联网节点规模的不断扩大，建筑日益增长的能耗与有限化石能源储备间矛盾激增。为了更大程度利用环境热能供电，打破环保型物联网节点规模和能耗的瓶颈，本研究对一种基于相变型环形热电技术的环境温差能采集装置进行翅片结构优化研究，将相变蓄热技术与环形拓扑热电进行耦合，使两者结构优势相互结合；对热沉翅片结构和参数进行优化，增强其相变蓄放热和控温的性能，进一步强化装置对环境温差能的采集利用能力。本工作探究翅片密度、体积分数、相对高度对热沉热储性能的影响，并对装置的热流传递过程和能量采集性能进行对比分析。研究结果表明：翅片密度增大、体积分数减小，相对高度提高有利于热沉蓄热性能和ATEG发电性能提高。在正弦温度变化边界下，该装置功率和能量效率峰值可达到31.57 μW和0.073%，翅片效率可达到0.981。结构Ⅴ热沉蓄放热和温控性能更强，对应装置在计算过程产能为0.0453 J，较结构Ⅰ提升110.4%，能量采集性能更强。本研究有望进一步提高环境温差能采集装置的热储供电潜力，为全面构建绿色物联网节点打下基础。

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基于低谷电的太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统研究

张亚磊, 崔海亭, 王晨, 陈浩松, 王超

2023 (12): 3789-3798. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0446

摘要 ( 264 )

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PDF(3069KB) ( 183 )

为缓解北方冬季温室供暖能耗普遍偏高的问题，本工作以河北省某温室大棚为研究对象，以温室大棚现有的太阳能耦合地源热泵供暖系统为基础，利用TRNSYS软件搭建了基于低谷电驱动的太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统模型。对低谷电驱动下的系统运行进行研究，分析相变储热罐不同蓄热温度对系统供暖性能的影响，对地源热泵在农业温室供暖时存在的土壤热失衡问题进行研究，以及对太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统进行经济性分析。研究结果表明：在满足供暖需求时，相变储热罐的最佳蓄热温度为44.4 ℃，此时在整个供暖季低谷电利用率达到98%以上；在系统运行10年的情况下，太阳能耦合地源热泵供暖系统地埋管向土壤蓄热量比地埋管向土壤取热量少47232 kWh，太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统地埋管累计向土壤蓄热量比地埋管累计向土壤取热量多4487 kWh，太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统可以更好地保持土壤温度的平衡；太阳能耦合地源热泵供暖系统运行15年花费76095元，而太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统运行15年花费35516元，运行成本相比太阳能耦合地源热泵供暖系统减少了53%；太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统和太阳能耦合地源热泵供暖系统综合费用年值分别为10890元和11920元，综合费用年值相比太阳能耦合地源热泵供暖系统减少了8%，太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统具有更好的经济效益。

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水合盐热化学反应器参数优化与供暖应用案例分析

葛继翔, 纪明希, 丁玉龙, 罗伊默, 王利明

2023 (12): 3799-3807. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0686

摘要 ( 167 )

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PDF(3122KB) ( 83 )

水合盐热化学储热技术具有储热密度高、长期储存几乎无热损失等优点，对可再生能源高效利用具有重要意义。其中热化学反应器的设计和运行控制对水合盐热化学储热的性能十分关键，目前有关反应器的模拟通常采用多物理场仿真软件，无法开展动态工况下的长时间尺度研究。因此，本工作建立了热化学反应器动态仿真模型，并对模型进行了验证；利用该模型，对入口空气温度、水蒸气分压力、流速和反应器尺寸等因素对出口参数的影响进行了敏感性分析。结果表明，空气流速对响应时间、稳定输出时间和放热功率的影响较大，水蒸气分压力对温升有较大影响但对总放热量几乎没有影响。最后本工作以长沙某住宅建筑为例，在冬季典型日气象参数条件下开展了反应器放热供暖工况研究。与无控制策略相比，采用合适的控制策略可将反应器放热功率与热负荷之间的偏差从69.21%降低到9.89%，从而提高放热功率与热负荷的匹配度。本工作研究结果对热化学反应器的设计与控制策略的确定具有指导意义。

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不同U型地埋管结构跨季节相变蓄热性能

王晨, 崔海亭, 王超, 张亚磊, 陈浩松

2023 (12): 3808-3817. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0461

摘要 ( 107 )

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PDF(8479KB) ( 81 )

北方天气属于典型的冬冷夏热气候，夏季光照强度高，适合太阳能蔬菜温室技术的发展。然而冬季天气寒冷，蔬菜温室在应用时受到季节性的限制，为解决夏季热量过多，冬季蔬菜温室采暖温度不足这一问题，本工作利用Fluent软件分别模拟普通U型地埋管与双翅、90°双翅、四翅、45°四翅、六翅U型地埋管蓄热器在夏季的蓄热过程，对比研究不同地埋管结构对蓄热性能的影响。结果发现：U型地埋管结构上下分布，流体为上进下出时，同种翅式U型地埋管结构横向加翅时的液化区域大于纵向加翅时的液化区域，回填中心位置(即x=0 m、y=0 m)的温度呈现纵向加翅大于横向加翅，而横向加翅使径向温升较大；相同时间内，双翅U型地埋管液相率最高，45°四翅U型地埋管液相率最低。而六翅U型地埋管蓄热最快，45°四翅U型地埋管蓄热最慢；位于相变回填材料中的不同U型地埋管结构对温度的影响较大；翅式U型地埋管的蓄热量较普通U型地埋管的蓄热量多15～39 MJ，双翅U型地埋管结构的蓄热量最多，45°四翅U型地埋管的蓄热量最少。

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超低温-高温跨温区相变材料制备及物性调控综述

折晓会, 王星宇, 郭晓龙, 刘艺炫, 王家蕴, 韩鹏, 任晓芬, 赵学敏

2023 (12): 3818-3835. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0726

摘要 ( 530 )

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PDF(1455KB) ( 294 )

相变储能技术利用相变材料在相变过程中释放或吸收潜热的特性，将能量以潜热的形式储存或释放。其具有高能量密度、长寿命、高功率的优势，在电动汽车、可再生能源储存、电网调峰、智能电网方面具有广泛应用前景，为能源转型和高效能源利用提供了一种可行的解决方案。本文通过对相关文献的探讨，综述了不同温区相变材料的优缺点以及应用领域，包括超低温区(-190～-50 ℃)、低温区(-50～0 ℃)、普温区(0～100 ℃)和高温区(100～700 ℃)。针对相变材料性能改善，阐述了导热系数提升、过冷度降低、相变温度调控、循环稳定性提高等方法。此外，对于复合相变材料的制备方法，介绍了微胶囊化、浸渍法、溶胶-凝胶法和超声波法，并对后三者的不足进行阐述和说明。最后，对于相变材料的未来应用进行了展望，为相变储能技术在能源储存领域的进一步研究提供了参考和指导。

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定型有机相变储热材料阻燃改性的研究进展

张第玲, 王翔, 李豪杰, 刘玉乾, 黄云, 暴宁钟

2023 (12): 3836-3851. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0522

摘要 ( 182 )

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PDF(10114KB) ( 101 )

定型有机相变材料具有过冷度低、不易出现相偏析、化学稳定性好等优点，在建筑节能、电池热管理和航空热防护等方面具有广泛的应用前景。然而定型有机相变材料普遍存在易燃问题，对其应用安全产生严重影响。因此，亟需对定型有机相变材料的阻燃特性进行研究。本文通过对近几年的相关文献进行总结探讨，简要综述了相变材料的分类、阻燃剂的种类和阻燃机理，概述了常用定型阻燃复合材料的制备方法和种类。并借助极限氧指数、总释放热量、峰值放热速率等参数重点分析了各类阻燃剂对定型相变储热材料热安全性能的影响。在结论中提出了掺入协同阻燃剂和相变材料的化学改性等进一步增强相变材料阻燃性能的策略。有望促进拓宽定型相变材料应用领域的拓宽，提高相变储能系统的安全性，有助于构建更安全、环保、高效的能源储存和利用体系。

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相变填充床储热系统研究与应用进展

张岩岩, 熊亚选, 陈亚辉, 全瑞星, 程广贵, 赵彦琦, 丁玉龙

2023 (12): 3852-3872. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0543

摘要 ( 275 )

HTML ( 18 )

PDF(16059KB) ( 108 )

相变填充床储热系统可实现热能的回收利用以及新能源高效收集，对推进碳中和具有重要意义。针对相变填充床储热系统复杂瞬态性质，本文首先对用于预测系统热性能的数值模型进行了总结。随后面向相变填充床储热系统性能评估，介绍了相变填充床储热系统性能评估方法，指出了?效率分析相比于能量效率分析的优点以及区别。此外，重点总结与分析相变填充床储热系统性能优化方法，表明高径比大于1的圆柱形储罐通常是优选的；根据实际应用场景选择，传热流体一般采用导热油、熔盐、空气；定型复合相变材料更具应用前景。然后介绍了相变填充床储热系统在工业余热回收及高效利用太阳能方面的应用。在文章最后，展望了相变填充床储热系统在储罐设计、储热单元设计、运行策略、高温环境等方面的未来发展，以及相变填充床储热系统的成本效益，为促进相变填充床储热系统的发展和实际应用提供借鉴。

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基于分子动力学的熔盐热物性研究进展

付殿威, 张灿灿, 娜荷芽, 王国强, 吴玉庭, 鹿院卫

2023 (12): 3873-3882. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0708

摘要 ( 387 )

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PDF(2331KB) ( 273 )

熔盐作为高温传热蓄热介质，在太阳能光热发电、火电厂灵活性改造等场景中广泛应用。本文首先对熔盐分子动力学的势函数进行归纳分析，发现针对硝酸盐更适合使用带有库仑力的Buckingham势函数，碳酸盐和氯化盐采用BMH势函数计算可以减小模拟误差。其次对熔盐热物性进行分析，发现加入 $C a 2 +$ 可以降低太阳盐的熔点但会增加其黏度，硝酸盐中随 $N O 2 -$ 浓度的增加比热容降低； $L i +$ 离子浓度的增加会提高氯化盐的比热容和热导率，但会导致模拟误差增大， $K +$ 离子浓度增加会导致比热容误差减小，但其余热物性计算误差增大；碳酸盐模拟误差相对较小，与实验数据吻合较好。 $K +$ 、 $L i +$ 等对模拟结果产生的误差较大，离子增多后离子间势能的增加导致部分粒子丢失，引入边界条件后边界效应的影响会使误差增大。通过增加整体分子数量、校正位能截断距离、增加模拟时间步长等方法来减小误差。目前对同种阳离子、不同阴离子的熔盐分子动力学研究比较欠缺，探究纳米流体对熔盐分子动力学的影响、降低分子动力学模拟误差、开展基于分子动力学的熔盐腐蚀特性研究可以作为下一步熔盐分子动力学的研究方向。

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新型相变储能材料在建筑工程中的应用

鞠杰, 陈瑞芳, 魏钢

2023 (12): 3883-3885. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0810

摘要 ( 194 )

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PDF(560KB) ( 128 )

相变储能材料是一类利用在某一特定温度下发生物理相态变化以实现能量存储和释放的储能材料，具有储热密度高、放热速率快、蓄热温度分布均匀等优点。在建筑工程应用中，它可以有效降低建筑结构中的温度波动，达到节能减排的目的。为了提高新型相变储能材料在建筑工程中的应用成效，本文对基于淀粉、纤维素、木质素为载体的新型相变储能材料特性展开研究，对其在屋顶隔热、墙体保温、玻璃暖房、太阳能光伏发电等领域的应用也进行了分析，还对其未来的发展方向提出了展望和见解。希望能更好地促进新型相变储能材料与其他建筑节能技术相结合，进一步提升相变储能材料的应用范围和应用效果。

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相变储热技术在绿色建筑中的实践与应用

杨玉清

2023 (12): 3886-3888. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0853

摘要 ( 130 )

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PDF(529KB) ( 105 )

本文详细探讨了相变储热技术在绿色建筑中的应用及其对于提升建筑性能的影响。通过综合性的分析和讨论，深入研究了相变储热技术在建筑围护结构、空调系统和热水系统中的实际应用案例，并从多个角度分析了其对建筑能耗、室内热环境、经济性和环保性等方面的影响。研究结果表明，相变储热技术的应用不仅可以显著降低建筑的能耗、改善室内的热环境，还能够提高建筑的经济性和环保性。然而，尽管其具有诸多优点，但在实际应用中，该技术仍然面临着一些挑战和限制。因此，本文作者提出了相关的建议和措施，以推动相变储热技术在绿色建筑中的广泛应用，从而为建筑行业的可持续发展贡献力量。

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计算机技术在相变储热能效提升中的应用

尹蓉

2023 (12): 3889-3891. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0866

摘要 ( 119 )

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PDF(511KB) ( 82 )

本文深入研究了相变储热技术在全球能源和环境问题中的关键地位，并突出实际运行中的能效问题。通过计算机技术，包括数据采集、人工智能算法、数字孪生技术等的应用，相变储热系统得以全面监控，显著提升其能效水平。文章聚焦能效问题的核心，包括储热材料和相变材料选择、系统结构设计、传热传质过程和热力学循环效率。优化方法涉及深入研究系统工作原理、探索储热材料组合、优化系统结构设计等。突出了储热系统性能评估与监测的关键性，包括SCADA系统的作用、实时监测关键参数和数据分析对决策的支持。最后，本文强调了人工智能技术与数字孪生技术在相变储热中的创新应用，为系统性能提升提供智能高效手段。

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基于新能源低碳背景的汽车电热相变储能系统的动态储热性能分析

闫培泽

2023 (12): 3892-3894. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0879

摘要 ( 64 )

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汽车电热相变储能系统实时储热功率超过预设功率值，会造成电力资源过度转化，导致能源浪费。对此设计新能源低碳汽车电热相变储能系统储热性能动态优化方法。分析新能源低碳机制的可行性，构建电热储能的目标协调函数，设定相变储能系统有功功率阈值，配合变压器与电加热器组之间的功率转换关系，求解动态储热约束条件，完成对汽车电热相变储能系统的动态储热性能的分析。实验证明，上述方法可以避免出现实时储热功率超过预设功率值的情况。

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储热储能中的计算机软件处理技术应用研究

李静娇, 杨翠蕾, 李伟

2023 (12): 3895-3897. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0888

摘要 ( 109 )

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实现热量的高效率转化、避免出现能源浪费问题，是储热储能系统的主要发展方向。近年来，计算机软件被广泛应用于各个领域之中，其优异的性能受到一致性好评，如何利用计算机软件的应用特性，达到解决能量资源的目的，成为了一项亟待解决的问题。针对上述问题，展开对储热储能中计算机软件处理技术的应用研究。首先，以热泵储能、汽驱压缩空气热储能系统为例，分析储热储能技术的发展形式；然后，分别从功率混合分配、资源综合调度两方面，确定计算机软件处理技术对储热储能的影响；最后，利用软件技术调节储热储能系统的工作特性，并实施对系统的耦合优化。

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《储能科学与技术》征订单

2023 (12): 3898-3898.

摘要 ( 52 )

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PDF(293KB) ( 22 )

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