축열 기술: 열에너지 종합 활용 효율 향상
현재 많은 에너지 이용 시스템에서 에너지 수요와 공급의 불일치가 발생하여 불합리한 에너지 이용과 많은 양의 폐기물이 발생합니다. 태양 에너지 및 산업 폐열과 같은 에너지 효율은 낮아 자원을 낭비할 뿐만 아니라 대기 환경에 무시할 수 없는 열 오염을 유발합니다.
이러한 이유로 에너지 전환 및 활용의 향상은 국가가 지속 가능한 개발 전략을 구현하기 위해 우선시해야 하는 주요 문제가 되었으며 열 에너지의 포괄적이고 효과적인 사용을 위한 축열 기술의 개발이 무엇보다 중요합니다.
풍부한 자원 사용 가능
태양에너지는 신재생에너지 중 가장 중요한 기초에너지원이다. 그것은"무진장" 널리 분포되어 있으며 무공해입니다. 경제적인 청정 에너지입니다. 태양은 초당 391×1021kW의 에너지를 방출할 수 있습니다. 지표면에 방사되는 에너지는 22억분의 1에 불과해도 세계 발전량의 8만배에 해당한다. 우리 나라는 비교적 태양광 에너지가 풍부한 나라입니다. 국가의 3분의 2 이상이 연간 일사량이 6GJ·m2 이상이고 연간 일조 시간이 2,200시간 이상입니다. 우리나라의 지구 지표면이 받는 연간 태양 복사 에너지는 약 50×1019 kJ로, 표준 석탄 1700억 톤에 해당합니다. 이러한 풍부한 태양 에너지 자원은 우리나라 태양광 발전의 발전과 활용에도 좋은 조건을 제공합니다. 산업 폐열은 주로 야금, 건축 자재 및 화학과 같은 산업에서 발생합니다. 2010년 통계에 따르면 산업 폐열 자원은 전체 연료 열의 최대 67%를 차지하며 그 중 회수율은 60%에 달했습니다. 그러나 우리나라의 폐열 자원의 전체 활용률은 낮고 대형 철강 기업의 폐열 활용률은 약 30 %입니다. ~50%.
우리나라의 산업폐열자원 활용률은 개선의 여지가 많다. 야금 산업을 예로 들어 보겠습니다. 2010년 우리나라 조강 생산량은 6억 2700만 톤이었다. 생산된 배가스에 포함된 에너지는 표준탄 3,000만 톤에 해당하고, 철강 슬래그 생산량은 약 2억 8,000만 톤, 포함된 열에너지는 표준탄 1,000만 톤에 해당합니다. . 현재 국내 철강 기업의 배연 폐열 이용률은 약 30%이고 철강 슬래그 폐열 이용률은 거의 제로에 가깝습니다. 배가스의 폐열 이용률을 90%까지 높이고 철강 슬래그 폐열의 이용률을 60%까지 높일 수 있다면 매년 표준탄 2,160만 톤을 절약할 수 있고 CO2 배출량을 약 5,000만 톤 절감할 수 있습니다. 톤이며, 33억 kWh의 전력을 생산할 수 있습니다.
폐열 회수는 우리 나라의 주요 수요임을 알 수 있습니다& #39;#39;#39;경제적 이익이 있는 에너지 전략이며, 우리나라& #39;#39;경제 발전, 사회 발전에 매우 중요합니다. , 국가 에너지 안보. 그러나 태양에너지든 산업폐열자원이든 간헐적이고 불안정한 문제가 있어 관련 기술의 진흥과 적용을 심각하게 가로막고 있다.
중·고온 잠열 저장 기술 시급
축열 기술의 사용은 시간, 강도 및 공간 측면에서 열 에너지 수요와 공급의 모순을 완화할 수 있으며 열 에너지 시스템의 최적화된 운영을 위한 중요한 수단입니다. 열 저장은 주로 현열 저장, 잠열 저장 및 화학 반응 열 저장의 세 가지 형태를 포함합니다.
화학 반응 열 저장은 복잡한 시스템, 기술적 어려움 및 낮은 작동성으로 인해 아직 실험 연구 단계에 있습니다. 현열 저장 기술이 널리 사용되고 있지만 축열 재료의 단위 부피당 축열 밀도가 낮기 때문에 축열이 발생합니다. 재료의 양이 많으면 대용량 축열 시스템이 부피가 커지고 공정이 복잡하며 비용이 많이 듭니다. .
잠열저장은 축열재의 상변화 과정에서 방출되거나 흡수된 잠열을 이용하여 열을 저장하고 방출하는 것이다. 현열 저장 기술과 비교할 때 잠열 저장은 단위 부피당 축열 밀도가 크고 상전이 온도 범위 내에서 더 큰 에너지 흡수 및 방출을 가지며 저장 및 방출 온도 범위가 좁아 유리합니다. 충전 및 방출 열처리의 온도는 안정적입니다.
에너지 변환 효율을 개선하고 비용을 줄이기 위해 태양열 활용 기술은 더 높은 작동 온도로 이동하고 있습니다. 화력 발전의 작동 온도는 600°C를 초과했으며 대량의 산업 폐열의 온도도 매우 높습니다(예: 전로 배가스 온도가 약 1600°C임).
이들 모두는 중온 및 고온 잠열 저장 기술의 연구 개발이 시급합니다. 국내외 많은 학자들이 오랫동안 재료와 공정 등 다양한 차원에서 연구를 수행해 왔지만 아직까지 안정적으로 작동하는 성숙한 중고온 잠열저장 시스템은 없다.
국내외 많은 연구기관들이 이 분야에 대한 다년간의 심층 연구와 국내외 기술 개발의 현황 및 동향을 결합하여 중고온 잠열 저장 기술은 주로 다음과 같은 과제에 직면하고 있다고 믿어집니다. 미해결 문제.
첫째, 높은 축열밀도와 강한 열전도율 등 종합적인 특성을 지닌 중·고온 잠열축열재가 부족하다. 잠열 저장 기술의 기초는 상변화 물질입니다. 현재 파라핀왁스와 수화염을 기본으로 하는 저온 축열재(& lt;100°C)에 대한 연구가 활발히 진행되어 건축 및 의류 분야에도 적용되고 있다. 그러나, 중온 및 고온 축열재, 특히 융점& gt;600°C를 갖는 고온 상변화 축열재는 여전히 부족하다.
둘째, 중온 및 고온 상변화 축열재는 주로 무기염 및 합금이다. 한편으로 후보 물질을 선택하려면 물질의 상전이 과정의 열역학 및 운동 메커니즘에 대한 심층적인 이해가 필요합니다. 한편, 열전달 향상과 효율적인 열 저장이라는 두 가지 측면에서 재료의 열 특성에 대한 미세 구조의 영향을 밝힐 필요가 있습니다.
또한, 액체-고체 상변화 물질의 캡슐화 및 서비스 과정에서의 열적 특성의 저하 역시 중온 및 고온 상변화 물질 연구에서 필수적인 내용이다. 이것은 종종 그러한 재료의 연구 및 개발에서 병목 현상 문제입니다. 고성능 축열재 개발 예정
국내외 많은 과학자들이 금속을 축열재로 연구해왔다. 1980년, Birchenall et al. 지구상에 풍부한 Al, Cu, Mg, Si, Zn으로 구성된 2원 및 3원 합금의 열물성을 측정 분석한 결과 상전이 온도가 780~850K 범위에 있고 Si가 풍부함을 발견했습니다. 또는 Al 합금이 가장 높은 축열 밀도를 가지며 알루미늄 및 실리콘 기반 합금 상변화 축열 재료가 광범위하게 연구되었습니다.
무기염 재료는 소스의 범위가 넓고 상변화 엔탈피 값이 크며 가격이 적당하며 특히 중온 및 고온 상변화 축열재로 사용하기에 적합합니다. 연구진은 450℃ 이상의 온도에서 용융염의 열물리적 특성을 연구하고, 220℃~290℃ 온도 범위의 무기공융염을 태양열 발전 분야로 확대 적용해 미분 등의 시험을 통과했다. 스캐닝 열량계. 방법, 용융염의 열물리적 특성을 측정하였다.
또한, 상변화 전후의 많은 용융염계의 체적 변화율은 10%를 초과한다. 체적 변화율이 클수록 용융염 상변화 물질계의 공극이 증가하고 축열/방출율에 영향을 미치며 축열량이 증가한다. 시스템 장비의 설계 어려움은 열 저장 효율을 감소시킵니다. 이러한 이유로 연구원들은 스테인리스강과 용융염 상변화 축열재의 상용성을 연구했으며 결과는 스테인리스강이 대부분의 용융염에 대해 우수한 부식 방지 효과가 있음을 보여줍니다.
동시에, 삼원 알루미늄 계 합금 상변화 물질의 사이클 성능 및 용기와의 호환성; 코발트, 니켈 및 내화 금속 원소 합금강과 불화물 용융염의 상용성; 구조용 합금 재료와 수산화리튬의 상용성 다른 측면에서 과학자들도 연구를 수행했습니다.
중온 및 고온 상변화 축열재에 대한 연구에서 일부 결과가 달성되었지만 금속 및 합금 상변화 재료의 비용이 높고 단위 질량당 축열 밀도가 제한적입니다. 또한 금속 합금 상변화 물질의 화학적 활성은 상변화 후에 더 강합니다. , 가혹한 고온 부식은 중온 및 고온 축열 분야에서의 광범위한 적용을 크게 제한합니다.
상변화 축열재로서 용융염은 상변화 엔탈피가 크고 축열밀도가 높으며 가격이 적당하다. 그것은 중온 및 고온 열 저장 응용 분야에서 큰 발전 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 용융염은 열전도율이 낮고 금속합금 상변화 물질과 고온부식 문제가 심각하여 스케일 적용에 한계가 있는 문제점이 있다.
따라서 고성능 축열재 및 그 제조방법의 개발은 중온열 축열재 연구에서 피할 수 없는 추세이며 축열기술의 발전을 위한 불가피한 방법이다.
태양 에너지의 분산, 산업 폐열, 큰 에너지 스팬, 재생 에너지의 간헐적 특성 모두 중온 및 고온 상변화 축열 기술이 필요합니다.
대규모 열 저장 기술 연구에는 재료 과학, 화학 공학, 기계 공학, 열 및 물질 전달 및 다상 흐름의 교차점이 포함됩니다.
고성능 중고온 상변화 축열재의 개발은 중고온 축열, 특히 태양열 발전, 산업 폐열 회수 및 기타 분야에서 매우 중요합니다.
