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我国低品位热能资源非常丰富,因能源利用效率较低,大量的低品位热能资源(余热/废热/可再生能源)没有得到合理利用而被直接排放到环境中,造成极大地能源浪费,高效回收利用这些广泛的低品位能源是解决我国能源问题的一个重要途径。本文针对低品位热能利用中面临的基础问题,采用固-气热化学吸附技术开展了低品位热能制冷技术、能量储存技术及能量品位提升技术等三个方面的课题研究,具体如下:
(1)开展了固-气热化学吸附制冷系统的目标导向新型变压解吸特性研究。针对热化学吸附制冷系统所需驱动热源温度较高限制其广泛应用的问题,提出了一种旨在降低热化学吸附制冷驱动热源温度的目标导向变压解吸新方法,进行了热化学变压解吸降温理论的深入研究。实验研究发现:相对传统解吸技术,该新型变压解吸技术具有目标导向降温调控的显著优点,不仅可有效降低热化学吸附制冷的外界驱动热源温度,且降温幅度可通过不同热力学平衡特性的辅助反应盐进行调节;该方法对各种热化学吸附制冷循环都具有很好的适应性,实现了以外界驱动热源温度品位为目标导向的变压解吸再生,拓展了吸附制冷技术在热源温度较低场合的应用。
(2)开展了基于能量梯级利用的多模式太阳能热化学吸附制冷研究。针对太阳能辐射强度变化导致集热温度随时间变化的特点,提出了采用基于能量梯级利用的多模式热化学吸附制冷技术来实现不同辐射强度下不同温级太阳能集热的分时高效利用方法。研究表明:采用双重热化学吸附制冷、二级热化学吸附制冷及双效热化学吸附制冷等先进制冷循环技术可有效提高太阳能制冷效率和拓展制冷温度范围;相对传统太阳能制冷技术,多模式热化学吸附制冷可以根据外界太阳能集热温度的高低进行制冷模式的转换,可有效扩大太阳能制冷温度范围。
(3)开展了基于热化学变压解吸及变温吸附原理的低品位热能复合变温储能特性研究。针对低品位热能温度较低限制其高效回收利用的基础问题,提出了一种基于固-气热化学变压解吸及变温吸附原理的低品位热能复合变温储能方法,涵盖低品位热能的能量品位提升、冷热联供及复合能量储存为一体。研究表明:低品位热能的变温储能效率随着升温能力的增加而减小,采用热化学变压解吸储能及变温吸附供能技术,可以实现以外界供热温度为目标导向的低品位热能升温能力及供能品位的调节和控制,该技术改变了传统储能技术输出温度无法调节的问题;采用MnCl2-CaCl2-NH3吸附储能工质对实现了低品位热能从87℃到171℃的温度提升,采用NiCl2-SrBr2-NH3吸附储能工质对实现了从130℃到282℃的温度提升;相对传统储能方式,该新型储能技术具有高效储能、变温储能及冷/热复合储能的显著优点。