[发明专利]Al-Cu-Mg-Zn高温相变储热材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温储热材料，用于太阳能热的利用。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的基础。随着全球工业的高速发展，能源需求不断增加与化 石能源日益枯竭之间的矛盾越发明显，能源的发展又总对环境的保护构成极大压力，危及人 类社会的可持续性发展。要从根本上解决能源问题，一个重要途径是大力开发利用可再生能 源。这是建立可持续发展能源系统最主要的政策措施，也是我国长期的能源发展战略。

在众多的可再生能源中，太阳能以其独具的储量“无限性”、存在的普遍性和开发利用 的清洁性而受到广泛关注。国家科技部《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》强调指出：太阳能作为我国首要发展的可再生能源技术方向已成为无可争议的可持续 发展能源的必由之路。国家发改委《可再生能源发展“十一五”规划》中亦将太阳能作为可 再生能源发展的重点领域。

利用太阳能进行热发电是大规模开发利用太阳能的重要途径，但是太阳辐射一个明显的 特点是受昼夜、季节等规律性变化的影响，以及阴晴云雨等随机因素的制约。为保证电站的 连续稳定运行，提高电站的热发电效率，大型太阳能热发电系统中都会配备储热子系统。

储热技术应用的成功与否，储热材料的选择至关重要。理想的相变储热材料应该符合如 下标准：稳定的化学和物理性质，合适的相变温度、低腐蚀性、低过冷度、小的体积变化、 低的蒸气压、高潜热、高存储密度、高导热系数、良好的相变可逆性。

美国、法国、西班牙、日本等国上世纪80年代就建成了商业化的太阳能热发电系统(如 表1所示)，至今已取得了较好的经济效益与应用技术成果。

表1 部分槽式和塔式太阳能热电站参数

目前应用于太阳能热发电的储热材料有水、岩石、导热油、耐高温混凝土、金属钠和无 机盐(如表1所示)。水作为储热材料储能密度不大，而且高温下蒸汽压力也很高；砂石-油 系统结构复杂，效率低；耐高温混凝土作为储热材料，对其内部换热管要求高，占整个储热 系统成本的45％～55％；导热油在高温时的蒸汽压力非常大(400℃时大于1Mpa)，使用其作 为储热材料需要特殊的压力阀等设备，同样存在很大困难，又容易引发火灾，而且容易老化， 价格昂贵。水、导热油、岩石和耐高温混凝土均属于显热储热材料，其储热能力均无法与合 金相变储热材料相比。西班牙SSPS-CRS塔式太阳能电站使用低熔点金属钠作为储热材料， 主要利用其极好的导热性和流动性，但钠极易燃烧或爆炸，使用非常危险。

无机盐一般具有较大的相变潜热，是目前应用于太阳能热发电中储热能力可以与合金相 媲美的储热材料。但无机盐具有较强的腐蚀性，对热交换管道及其它附属设施具有极强的腐 蚀性，由此增加了电厂的运行成本，亦降低了系统的安全稳定性能。此外无机盐对人体有害。 虽然锂盐和氟盐的相变潜热超过了合金，并且已经应用于空间太阳能热动力发电系统中，但 它们的相变体积变化很大(＞20％)，而且价格昂贵，缺乏大规模实际应用价值。

文献1(ZL200610019479.9)和文献2(ZL200610019478.4)分别介绍了一种中温和高 温储热材料的制备方法，它们共同的特点是使用无机非金属材料的显热储热，虽然所使用的 材料价格较低廉，但是显热储热材料在热量释放过程中温度变化不平稳，并且它们的比热容 很低，要储存较多的热量就必须加热到很高的温度，从而对系统的保温性和安全性提出了挑 战。文献3(JP2009-1794)报道了德国发明者的日本专利，报道了相变温度范围在80～160℃ 的一类聚烯烃蜡材料，相变温度较低。文献4(ZL200610039026.2)、文献5(ZL03133734.1)、 文献6(US5567346)和文献7(US5685151)报道的相变材料相变温度都比较低，不适合应 用于太阳能热发电系统。