热能动力与储能技术的融合与创新研究

热能动力与储能技术的融合与创新研究

霍玉雷

   浙江城建煤气热电设计院股份有限公司   310030

摘要：热能动力与储能技术的融合是一项创新的能源解决方案，旨在将可再生能源和储能技术结合起来，以提高能源供应的可靠性、可持续性和效率。该技术的核心理念是利用热能作为动力的来源，并将多余的热能存储起来，以便在需要时进行释放和利用。下面将详细介绍热能动力与储能技术的融合以及其应用前景。关键词：热能动力；储能技术；融合；创新

引言

随着新能源电力系统的持续性发展，对该类能源的电力开发形式也逐步增多，相关部门应科学选择合适的储能技术，利用电磁、化学与物理手段来更好地规范应用新型能源。开发与利用新能源可促进区域经济的发展，要全面探究储能技术的内在形式，在实际应用中将其技术优势充分发挥出来。

1热能动力概述

面对日益激烈的市场竞争,行业管理和发展的考验也日益凸显。工业企业要想取得更好的发展,必须将热力学和电力有机地结合起来,才能及时改变产品的形状。火力发电厂的利用不仅是技术的变化,也是能体现经济效益的关键因素,因此在工业发展的过程中,必须及时引进对火力发电利用至关重要的技术和创新方法。在发展过程中,我们还必须及时进行技术创新,最重要的措施是将热能与电力技术相结合,合理有效地应用于火电厂,使其成为一种全新的发展模式,从而提高其产品质量。但实际上,由于各种原因的限制,工业的发展越来越困难。在这种情况下,我们需要尽快找到问题的根源,并采取相应的措施加以解决。

2热能动力与储能技术的特点

2.1可再生能源利用

热能动力与储能技术主要依赖于可再生能源，如太阳能和风能等。这些能源可以大量地存在于自然界中，且不会耗尽。相比传统的化石燃料，热能动力与储能技术更加环保可持续，有助于减少温室气体排放和环境污染。

2.2系统灵活性和可扩展性

热能动力与储能技术可以灵活地配置和布局，并可以适应不同规模和需求的能源系统。无论是小型家庭供暖还是大型工业能源供应，都可以根据实际需求进行系统设计和调整。此外，热能动力与储能技术还可以与其他能源技术相结合，如光伏发电和电池储能技术等，实现能源系统的综合优化。

2.3高效能源转换

热能动力与储能技术通过热能转换技术将热能转化为动力能源，进而产生电力或机械动力。相比传统的能源转换方式，热能动力与储能技术具有更高的能源转换效率。通过优化热能转换过程和提高能源利用效率，可以最大限度地利用可再生能源并减少能源浪费。

2.4能量储存和调节

热能动力与储能技术在能量储存方面具有独特优势。多余的热能可以通过储热系统进行储存，以平衡供需之间的差异。当需要能源时，储热系统可以释放储存的热能，满足能源需求。这种能量储存和调节的能力使得能源系统更加稳定可靠，并能应对可再生能源供应的不稳定性和间歇性问题。

2.5运维成本低

相比其他能源系统，热能动力与储能技术的运维成本较低。可再生能源的特点使得其在长期使用中几乎没有燃料成本，且设备寿命较长。此外，在充分考虑设计和规划的情况下，热能动力与储能技术的维护成本也相对较低。

2.6功率和能量的互换

热能动力与储能技术可以实现功率和能量之间的互换。即使在需求变化或突发事件等情况下，热能储存系统可以快速释放储存的热能，满足系统的高功率需求；相反，在能源需求较低的时候，热能储存系统可以通过慢放技术将多余的热能转化为能量，提供系统的长时能量供应。

3储能技术

3.1抽水蓄能

在这个阶段,储能技术被广泛使用-泵电站。为了动态储存能量和调动资源,需要两个向上和向下的水库。但是,在泵站建设过程中,必须全面分析泵站、混合泵站和泵站的基本运行机理,以有效保证水库容量达到预期目标,不会对配电管道压力产生太大影响。在使用储能技术时,有关部门和人员应不断监测数据,以确保储能时间和总利用率等相关指标达到适当的范围。在规划和设计泵站及其他相关设备时,应评价相应的充、调频、调相功能开发路径的可行性,并充分利用电站的相关数据,以确保更好的机组运行系统。泵站回收率控制在70-80%,仍有相应的提升空间。因此,储能技术的创新发展和产品开发过程也取决于整体利用率。

3.2电磁储能技术

电磁储能技术主要包括超导磁储能、电容储能和超级电容器储能3种方式，其中，超级电容器储能在实践运用中可保持75%的储能量，其同时具备电容器、电池的储能特点，该储能方式的主要应用原理为双电层理论。使用超级电容器储能方式开展储能工作时，其释放过程具有可逆性，可重复使用，反复利用次数在100000次左右。与常规电容器相比，超级电容器的使用寿命较长，并具有强稳定性、高安全性与更宽的温度阈限。将其与电池进行有效结合后，既能提升电池放电与充电的整体效率，还能有效延长电池的使用寿命。此外，超级电容器在实际应用中能够极大抑制风电功率的快速波动，提高风电场电力运行的稳定性。

3.3飞轮储能

现阶段,车轮储能系统更适合机械能和电能的相互转换。在配置车轮储能系统时,必须仔细检查和检查轴承支撑系统、功率变换器、应急备用轴承和其他相关辅助设备的质量和性能。通过车轮储能技术,员工和部门可以快速访问相关的供电、配电和传输数据。车轮储能系统的总利用率达到90%。它也是一种储能技术,广泛应用于供配电需求强劲的城市和地区。但是,在使用车轮储能系统时,必须详细计算摩擦系数的变化规律,以及相应峰值和轴承轴承轴承的载荷变化规律。飞轮储能系统在使用过程中,必须综合运用各种物理工作机理和机械技能,以保证能量转换装置的正常运行。

3.4物理储能技术

物理储能技术较为常用的是压缩空气储能方式。在实际应用中，压缩空气储能的操作步骤包括储能与释能，具有高转化率，其能源转化率可保持在75%左右。进行储能操作时，电动机内的压缩机将对空气进行降温、压缩，并将该气体存储到对应的海底储气罐、报废矿井内；在开展释能操作期间，受高温影响，空气将流入燃烧室内，使燃气发生膨胀，而燃气机轮则能在该空气的影响下为发电机发电。在实际应用过程中，操作人员若想利用压缩空气储能方式来获取准确数据，需要提前勘查相关区域的地形条件，并明确储能技术的操作环境，使操作环境达到储能标准，继而获取较佳的储能质量。

3.5 氢储能

氢储能属于化学储能，与其他储能技术相比，具有能量密度高、运行维护成本低、能量自耗散率低、存储时间长、无污染等优点，涉及“制、储、运、用”四个环节，整体过程较为复杂，尤其适用于大规模长时储能。现阶段的主要问题包括，适应新能源波动性的质子交换膜（PEM）电解水制氢技术不够成熟，储运氢难度大，电–氢–电的转化效率较低，约40%，氢储能系统整体成本偏高。从市场化进程看，中国氢储能产业整体处于以小型示范项目为主的发展初期。根据不完全统计，截至2023年3月，在建和示范运行的氢储能设施共12座，电解槽总装机量超过460MW；已投入其中运行的电解槽装机量不足2MW，其余均处于规划或建设阶段。目前在运规模最大的项目是2022年7月在安徽六安投运的国内首座兆瓦级氢能综合利用示范站，该项目由1MWPEM电解水制氢装置、1MW燃料电池发电装置、200kg储氢装置组成，项目实际投资6091万元。规划项目中规模最大的是张家口氢储能发电项目，项目总规模200MW/800MW·h，其中一期建设规模100MW/400MW·h，预计于2023年投入运行。

4热能动力与储能技术的融合与创新

4.1太阳能

通过太阳能热能集热系统，可以将太阳能转化为热能。这可以通过光伏板来吸收太阳能，并将其转化为热能。另外，还可以利用镜面反射技术将太阳能聚焦到热介质上，产生高温热能。类似地，通过风能热能集热系统，可以利用风能产生热量，并将其转化为热能。

4.2发动机技术

通过合适的发动机技术，可以将热能转化为动力。这包括内燃发动机、蒸汽发动机和燃气轮机等。当热能被输入到这些发动机中时，燃料将燃烧，产生高温和高压的工作物质，从而驱动发电机或提供机械动力。

4.3热能储存技术

热能储存技术是热能动力与储能技术融合的关键方面。多余的热能可以被存储在热水、盐溶液或热储岩等介质中。当需要能源时，储能系统可以通过换热器将储存的热能传输给工作物质，从而产生蒸汽供应动力设备。

5热能动力与储能技术创新措施

5.1热能转换技术的改进

热能转换技术是将可再生能源转化为热能的关键环节。目前，需要进一步改进太阳能热能集热器设计和制造技术，提高太阳能转化效率；同时，研发更高效的风能热能集热系统，提高风能利用率。此外，开展热能转化过程中的传热与传质机理研究，优化热能传递效果，提高能源转换效率。

5.2储能技术的发展

热能储存技术对于热能动力与储能技术的融合至关重要。当前的储能技术包括热电储能、热力储存和化学储能等。需要进一步研发高效的热电材料，提高温度下的热电转换效率；开发新型的储热材料，提高热储岩和盐溶液的储热性能；探索化学储能技术的应用，如基于氨合成的化学储能技术，提高储能效率和储能密度。

5.3系统集成

热能动力与储能技术的创新还需要考虑系统集成问题。在设计和建设热能动力与储能系统时，需要充分考虑各组件之间的协调和互补性，实现系统的高效运行。此外，还需研究不同规模和类型的系统之间的协同运行和互联互通，以实现大规模应用的可行性。

5.4智能化技术的应用

随着智能化技术的发展，将其应用于热能动力与储能技术中，可以更好地实现能源的智能管理和控制。通过人工智能、物联网和大数据技术，可以监测和优化能源转换和储存过程，提高整体系统的效率和稳定性。此外，智能化技术还可以实现能源供应与需求的匹配和优化，实现能源的可靠供应。

6热能动力与储能技术融合具有广阔的应用前景

6.1它可以提供可再生能源供应的稳定性

由于可再生能源的不稳定性和间歇性供应，能源供应的稳定性一直是一个挑战。通过热能动力与储能技术的融合，多余的热能可以被存储起来，在能源需求高峰期进行释放，从而保持能源供应的稳定性。

6.2热能动力与储能技术融合可以提高能源的效率和利用率

通过将热能转化为动力能源，可以最大限度地提高能源的利用效率。同时，将多余的热能储存起来，避免了能源的浪费，并提供了额外的能源来源。

6.3热能动力与储能技术融合还具有环境友好型能源系统的优势

相比传统的燃煤、石油等能源，这种系统可以减少温室气体和污染物的排放，对环境更加友好。

结束语

总之，热能动力与储能技术的创新措施研究是为了提高能源转换和储存效率，实现可持续、清洁和高效能源利用。通过改进热能转换技术、发展储能技术、系统集成和智能化技术的应用，可以推动热能动力与储能技术的持续创新发展，为实现可持续能源未来做出贡献。

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