高通量聚光太阳能热化学转化储能理论与方法.pdf

1、汇报人：魏进家（方嘉宾）牵头单位：西安交通大学参加单位：福州大学、浙江大学、中国科学院电工研究所、北京石油化工学院、中国科学院理化技术研究所2024年9月高通量聚光太阳能热化学转化储能理论与方法国家重点研发计划“工程科学与综合交叉”重点专项（项目编号2021YFF0500400）2/34一项目背景二发展现状、趋势与挑战三关键科学问题研究进展项目背景下一步工作四五3/341 项目背景截止截止2022年太阳能在我国能源电力装机构成年太阳能在我国能源电力装机构成太阳能发电技术必将在新一轮能源技术革命中扮演重要角色太阳能发电技术必将在新一轮能源技术革命中扮演重要角色党的二十大报告指出：要完善党的二十大

2、报告指出：要完善能源消耗总量和强度调控能源消耗总量和强度调控，加快规，加快规划建设划建设新型能源体系新型能源体系。据国家气象局数据测算，太阳能发电技术。据国家气象局数据测算，太阳能发电技术可开发装机容量达到可开发装机容量达到156156亿亿kW。数据来源：国家能源局全球发电量构成趋势预测（全球发电量构成趋势预测（IEA-2023）太阳能太阳能占占30%30%我国新能源发电技术可开发装机容量我国新能源发电技术可开发装机容量4/341 项目背景太阳能太阳能热发电装机容量增长迅猛热发电装机容量增长迅猛太阳能热发电是可再生能源系统中最具应用前景的发电技术之一太阳能热发电是可再生能源系统中最具应用前景的

3、发电技术之一光光热热出力出力与光伏出力曲线对比与光伏出力曲线对比太阳能热发电（太阳能热发电（CSP）与光伏发电（）与光伏发电（PV）对比）对比太阳辐照度太阳辐照度/W m-208:0012:0016:0020:000400800120008:0012:0016:0020:000400800120008:0012:0016:0020:000400800120008:0012:0016:0020:0004008001200夏季某日夏季某日冬季季某日日太阳能具时空波动性和间歇性太阳能具时空波动性和间歇性国务院国务院20302030年前碳达峰行动方案年前碳达峰行动方案“1 1+N”+N”政策体系文件均

4、明确提出要政策体系文件均明确提出要积极发展太阳能光热发电积极发展太阳能光热发电兼具调峰和储兼具调峰和储能的双重功能能的双重功能5/341 项目背景 光热储能技术光热储能技术在中低温和中高温领域相对成熟在中低温和中高温领域相对成熟，而在而在高温领域欠缺高温领域欠缺 第三代第三代CSP技术技术运行温度高达运行温度高达700以上以上，亟需与之相匹配的储能技术亟需与之相匹配的储能技术石蜡石蜡/水体水体-中中低温储能低温储能熔融盐熔融盐-中高温储能中高温储能铝土矿颗粒铝土矿颗粒-高温储能高温储能储能温度700储能密度低传热系数低储能温度260-560工作压力低循环性能稳定放热反应低能量状态高能量状态化学

5、循环吸热反应高品质热能太阳能颗粒颗粒-高温储能高温储能储能温度700储能密度高储能时间长大规模示范性热化学储能系统的建设上，国内外尚属于空白大规模示范性热化学储能系统的建设上，国内外尚属于空白现有光热储能技术对比现有光热储能技术对比6/34一项目背景二发展现状、趋势与挑战三关键科学问题研究进展发展现状、趋势与挑战下一步工作四五7/342.1 发展现状 室外非稳定能流密度条件下，多物理场耦合作用机制多物理场耦合作用机制尚不明晰德国宇航中心日本新泻大学我国(西安交大)光-热-流-化多场耦合热-流-力-化多场耦合光-热-力-流多场耦合多场耦合储能机制多场耦合储能机制现状1：数学模型层面100次循环稳

6、定后性能下降15%德国宇航中心我国(上海交大)我国(西安交大 福州大学)载能体构筑与制备现状2：材料层面 太阳能热化学载能体载能体存在吸、放热反应过程中效率低、易烧结、循环稳定性差效率低、易烧结、循环稳定性差等难题三层纳米结构氧载体合成方法三层纳米结构氧载体合成方法共掺杂钙基材料循环性能共掺杂钙基材料循环性能 多次循环后金属氧化物颗粒形状对比多次循环后金属氧化物颗粒形状对比吸热过程非稳态多场耦合“光-热-力-流”放热过程多尺度多场耦合“热-力-流-化”气相产物移动态载能体颗粒气相反应物流化态载能体颗粒1000次循环稳定后性能下降10%2000次循环稳定后性能下降10%8/342.1 发展现状瑞