文献综述
(一)课题研究的现状及发展趋势
1.相变材料研究背景
能源是社会与经济持续稳定发展的重要基础。随着人类工业化进程的加快,全球范围内能源消耗量的急剧增长,使得能源供需矛盾日益突现,传统的化石能源正逐渐被消耗殆尽[1]。同时,中国能源需求的增长打破了长期以来自给自足的能源供应格局,自1993年起中国成为石油净进口国,使得中国接入了世界能源市场的竞争。而国际贸易存在诸多不确定因素,国际石油市场的波动可严重影响中国的石油供给,对经济造成冲击。大力发展可再生能源可相对减少能源需求中化石能源的比例和对进口能源的依赖程度,提高中国能源、经济安全。
并且,化石能源在开发和使用过程中产生的大量污染物,也引发了环境污染、生态恶化和气候异常等问题。因此,优化利用传统不可再生能源,提高能源利用效率并开发利用新能源已成为我国能源科学发展的重大战略举措之一[2]。以太阳能、风能等为代表的可再生能源具有蕴藏丰富、环境友好等优点,坚持推进其开发和利用对人类社会的可持续发展具有重要意义。而热能,一方面由于在实际利用中普遍存在时间的间断性、空间的差异性和强度的不稳定性等缺点,极大地限制了其大规模化应用;另一方面,对冶金、化工、水泥和玻璃等传统高能耗产业中产生的大量工业余热或废热进行回收利用以及对常规电力进行调峰处理等均能有效提高现有能源的使用效率[3]。而相变材料可以进行工业余热的回收利用,也可以进行太阳能等可再生能源的存储,能够极大地提高能源的利用效率。虽然相变储能技术的理论研究时间比较短,但其实际应用发展非常迅速,可解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾,在能源利用和节能领域具有广阔的应用前景,是一类具有极高价值的新材料。
关于相变材料的研究早年间便已展开,但直到近年来随着全球能源危机的日益突显,相变材料才重新引起研究者的广泛重视[4]。相变材料的种类很多,至今人们研究过的可供选用的相变材料已达数千种,随着其种类和用途的扩展,人们对其归类和划分逐渐完善。相变材料按其工作过程中材料相态转变的基本形式可分为固气、液气、固固和固液相变材料四类。
在已开发的众多相变储能材料中,水合盐、石蜡类相变储能材料已逐渐得到了推广应用。与水合盐类相变储能材料相比,石蜡具有相变温度范围宽(0~80℃)、相变焓较高(200~300kJ/kg)、价格便宜、密度低、性质稳定等优点,是目前最具应用潜力的相变材料。
相变材料可运用于多个领域,例如:
(1)太阳能储存领域
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