关键词:
新能源发电
复合相变储热材料
混合烧结法
摘要:
近年来,为推动一次能源消费结构转型,减少弃风弃光电量,提高新能源发电利用率,储热技术得到了广泛研究和关注。储热技术的主要技术路线之一是通过蓄热式电锅炉将多余的新能源发电量以热能的形式存储起来,在热负荷高峰时释放,突破能量利用的时空限制,扩宽新能源发电的消纳空间。蓄热式电锅炉装置的核心为储热材料,因此开发一种具有较好结构性能和储热性能的储热材料,已成为近年来研究的热点。本文选用NaCl-KCl作为相变材料,SiC作为基体材料,磷酸二氢铝作为粘结剂,采用混合烧结法成功制备了 NaCl-KCl/SiC复合相变储热材料;通过实验确立了复合相变储热材料的制备工艺和流程;通过实验分析确定了制备工艺的各参数条件;使用XRD对材料进行了物相分析,使用SEM观察了材料微观结构,对材料进行了 TG-DSC分析,测定了其相变潜热和相变温度,测试了材料的抗压强度,体积密度,比热容,导热系数,热扩散率,热膨胀系数等一系列结构及热物理性能参数;对材料进行了 100次加热-冷却循环,测试了其热循环稳定性。实验结果表明:从烧结制得的材料外观性状及失重率分析,原料配比中相变材料质量分数应为20~30%,最高烧结温度应为700℃,烧结过程初始阶段应采用较小的升温速率,使得坯体中的杂质能够充分挥发,在高温阶段可适当加快升温速率;从材料的致密度和抗压强度分析,材料的成型压力为20MPa,保压10min;XRD分析显示相变材料和基体材料在高温烧结过程中没有生成新的物相,二者具有良好的化学相容性;SEM结果显示经高温烧结,复合相变储热材料内部已经形成了较为完整的三维微观骨架结构,基体骨架和相变材料结合良好;TG-DSC分析表明当原相变材料的含量为30%时,材料的储热性能最好,其相变潜热达到了 78.19J/g,相变温度为656.2℃,应以30%作为材料制备的最佳原料比例;当原相变材料的含量为30%时,复合相变储热材料导热系数为6.911W·m-1·K-1,其具有良好的导热性能;经过烧结后复合相变储热材料的抗压强度为42.6MPa,可以满足实际工作需要;经100次加热-冷却循环后,其失重率为4.42%,且失重曲线逐渐趋于平缓,说明NaCl-KCl/SiC复合相变储热材料具有较好的热循环稳定性。