摘 要： 分布式能源系統(tǒng)具有能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到了快速的發(fā)展，但是仍存在設(shè)計(jì)容量偏大、運(yùn)行效率降低、耦合可再生能源系統(tǒng)安全性差等問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，蓄冷蓄熱技術(shù)被應(yīng)用于分布式能源系統(tǒng)，并得到廣泛的應(yīng)用，但是相關(guān)研究工作多為個(gè)例，缺少系統(tǒng)性整理和論述。本文從蓄冷蓄熱材料發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，論述不同蓄冷蓄熱材料的特點(diǎn);然后總結(jié)分布式能源系統(tǒng)與蓄冷蓄熱技術(shù)耦合應(yīng)用現(xiàn)狀，分析不同蓄冷蓄熱技術(shù)的應(yīng)用效果，確定基于分布式能源系統(tǒng)的蓄冷蓄熱技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)果表明，水、熔鹽、耐火磚、冰、石蠟、水合鹽是較為適宜的商業(yè)應(yīng)用蓄冷蓄熱材料。與分布式能源系統(tǒng)耦合的蓄冷蓄熱技術(shù)主要為水蓄冷、冰蓄冷、水蓄熱、熔鹽蓄熱、相變蓄熱、熱化學(xué)蓄熱技術(shù)，其中水蓄冷、冰蓄冷、水蓄熱和熔鹽蓄熱技術(shù)耦合應(yīng)用較為成熟，相變蓄熱耦合應(yīng)用處于示范應(yīng)用階段，熱化學(xué)蓄熱耦合應(yīng)用處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。蓄冷蓄熱技術(shù)與可再生能源分布式系統(tǒng)的耦合應(yīng)用是未來(lái)重要的發(fā)展方向。本文可為我國(guó)分布式能源系統(tǒng)高效應(yīng)用提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 分布式能源;蓄冷;蓄熱;顯熱;潛熱;熱化學(xué)

分布式能源系統(tǒng)是一種建立在用戶端，根據(jù)用戶對(duì)能源的不同要求，依據(jù)溫度對(duì)口原則，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用，提高能源利用效率的新型供能模式。隨著全球能源危機(jī)與氣候變化問(wèn)題的加劇，分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展利用已得到世界各國(guó)的廣泛重視，被譽(yù)為21世紀(jì)科學(xué)用能的最佳方式之一，是世界能源供應(yīng)方式發(fā)展的一個(gè)重要方向。

美國(guó)是世界較早發(fā)展分布式能源的國(guó)家，自1978年起提倡發(fā)展小型燃?xì)夥植际綗犭娐?lián)產(chǎn)技術(shù)，現(xiàn)已建成6000多座分布式能源系統(tǒng)，發(fā)電量約占總電量的14%，計(jì)劃到2030年新增裝機(jī)6500 MW以上。日本自20世紀(jì)70年代末引入分布式能源且得到快速發(fā)展，總裝機(jī)臺(tái)數(shù)達(dá)到16424臺(tái)，容量突破10 GW。丹麥?zhǔn)鞘澜缟夏茉蠢眯瘦^高的國(guó)家，80%以上的區(qū)域供熱熱源采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式，可節(jié)約28%的燃料，減少47%的CO2排放。我國(guó)也大力發(fā)展分布式能源系統(tǒng)，能源發(fā)展“十一五”“十二五”“十三五”規(guī)劃均提出高度重視分布式能源發(fā)展，到2020年分布式天然氣發(fā)電和分布式光伏裝機(jī)分別達(dá)到1500萬(wàn)千瓦和6000萬(wàn)千瓦。

雖然分布式能源系統(tǒng)發(fā)展迅速，但是在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中仍存在各種問(wèn)題。例如，設(shè)計(jì)時(shí)忽略冷熱電負(fù)荷的耦合關(guān)系導(dǎo)致設(shè)計(jì)容量偏大，運(yùn)行時(shí)以熱定電和以電定熱的方式導(dǎo)致能源效率降低，可再生能源的引入加大了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。為了解決上述的問(wèn)題，在分布式能源系統(tǒng)引入蓄冷蓄熱技術(shù)就顯得尤為重要，其不僅可實(shí)現(xiàn)冷熱負(fù)荷與電負(fù)荷的解耦，通過(guò)削峰填谷，既可適應(yīng)用戶側(cè)負(fù)荷需求隨季節(jié)、晝夜和適用時(shí)間呈現(xiàn)出的多周期變化規(guī)律及隨機(jī)性，提高能源綜合利用效率，還可消除引入可再生能源而造成的源側(cè)不穩(wěn)定波動(dòng)，增加系統(tǒng)的安全性。

目前蓄冷蓄熱技術(shù)應(yīng)用于分布式能源系統(tǒng)的研究得到了廣泛的應(yīng)用，但是相關(guān)的工作多為個(gè)例，缺少系統(tǒng)性整理和論述。因此，本文從蓄冷蓄熱材料發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，論述不同的蓄冷蓄熱材料的特點(diǎn);之后，總結(jié)分布式能源系統(tǒng)與蓄冷蓄熱技術(shù)耦合應(yīng)用現(xiàn)狀，分析不同蓄冷蓄熱技術(shù)的應(yīng)用效果，確定基于分布式能源系統(tǒng)的蓄冷蓄熱技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)分布式能源系統(tǒng)高效應(yīng)用提供參考和依據(jù)。

1 蓄冷蓄熱材料

蓄冷蓄熱技術(shù)是利用蓄冷蓄熱材料將冷或熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，并在需要時(shí)再釋放，力圖解決熱能供給與需求在時(shí)間、空間或強(qiáng)度上不匹配所帶來(lái)的問(wèn)題，最大限度地提高系統(tǒng)能源利用率的技術(shù)，其本質(zhì)是蓄冷蓄熱材料分子熱運(yùn)動(dòng)引起內(nèi)能變化。根據(jù)作用機(jī)理，蓄冷蓄熱材料主要有顯熱、潛熱和熱化學(xué)三類。

1.1 顯熱材料

顯熱蓄冷蓄熱材料是在相態(tài)不改變情況下，利用自身比熱容和溫度升降實(shí)現(xiàn)熱量和冷量的蓄積或釋放。典型顯熱材料主要有液體和固體兩種狀態(tài)。液態(tài)材料主要有水、導(dǎo)熱油、熔鹽等，固態(tài)材料主要有巖石、混凝土、陶瓷、耐火磚等，相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 典型顯熱材料技術(shù)特點(diǎn)

注： ①使用溫度為溫度范圍的80%。

在蓄冷和低溫蓄熱領(lǐng)域，水是一種較為優(yōu)秀的蓄冷蓄熱材料，其比熱容和蓄能密度均超過(guò)其他典型顯熱材料，且可以作為熱量傳遞介質(zhì)，減小熱量的損失。在中高溫蓄熱領(lǐng)域，熔鹽和耐火磚分別是較為適宜的液體和固體蓄熱材料。熔鹽主要包括硝酸鹽、氯化物、碳酸鹽和氟化物。其中，硝酸鹽技術(shù)相對(duì)成熟，具有熔點(diǎn)低、比熱容大、熱穩(wěn)定性好、腐蝕性低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域;氟化物具有較高的熱存儲(chǔ)容量，被應(yīng)用于太陽(yáng)能空間站和熔鹽核反應(yīng)堆中，但也具有成本較高、熱穩(wěn)定性較差、有毒性等缺點(diǎn)。耐火磚具有化學(xué)性能穩(wěn)定、使用溫度范圍廣、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，在電蓄熱供暖領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

1.2 潛熱材料

相變潛熱蓄冷蓄熱材料是利用相態(tài)變化時(shí)的潛熱進(jìn)行冷量或熱量的儲(chǔ)存與釋放。相變潛熱材料由于蓄能密度遠(yuǎn)高于顯熱材料，成為了目前最受關(guān)注的蓄冷蓄熱技術(shù)。

典型的相變潛熱材料主要有共晶鹽水溶液、冰、氣體水溶液、石蠟、脂肪酸、糖醇、水合鹽、無(wú)機(jī)鹽等，相關(guān)的技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)圖1和表2。從圖中可以看出，可應(yīng)用于蓄冷的潛熱材料主要有共晶鹽水溶液、冰、氣體水合物、水合鹽、石蠟、脂肪酸等材料。其中，共晶鹽水溶液、冰、水合鹽、石蠟等來(lái)料已實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，但是共晶鹽水溶液和水合鹽有較強(qiáng)的腐蝕性。可應(yīng)用于蓄熱的潛熱材料主要為水合鹽、石蠟、脂肪酸、糖醇、硝酸鹽等無(wú)機(jī)鹽材料，其中水合鹽和石蠟已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，脂肪酸處于示范應(yīng)用階段，但是，其成本較石蠟更高，循環(huán)穩(wěn)定性不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求限制了其應(yīng)用。

1.3 熱化學(xué)材料

熱化學(xué)材料是利用可逆吸附、吸收、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行熱量的蓄積與釋放，具有溫域范圍廣、蓄熱密度大、長(zhǎng)期蓄熱熱損失小等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)工作溫度，熱化學(xué)材料可以分為中低溫材料和高溫材料。其中，中低溫材料主要包括以水蒸氣、氨氣為吸收劑或吸附劑的LiBr、LiCl、CaCl2、硅膠、沸石等材料，高溫?zé)峄瘜W(xué)材料包括金屬氫化物、有機(jī)物、氧化還原物、氫氧化物、氨和碳酸鹽等。典型熱化學(xué)材料技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)表3。從表中可以看出，熱化學(xué)材料蓄熱密度高于顯熱材料和潛熱材料，但是，目前技術(shù)成熟度不足，多數(shù)材料均處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，離大規(guī)模應(yīng)用尚有較大距離。

表3 典型熱化學(xué)材料技術(shù)特點(diǎn)

2 蓄冷蓄熱技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用方式

2.1 蓄冷技術(shù)

與分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用的蓄冷技術(shù)主要有水蓄冷和冰蓄冷技術(shù)。表4為兩種蓄冷技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)[26]。從表可以看出，冰蓄冷技術(shù)的作用機(jī)理為潛熱和顯熱的復(fù)合蓄冷方式，因此使用溫度范圍較水蓄冷有明顯擴(kuò)大，蓄冷能力與體積蓄冷量也有顯著增加，且可提供溫度更低的冷量，進(jìn)而提高系統(tǒng)整體的相應(yīng)速度，但是冰蓄冷技術(shù)需要雙工況制冷機(jī)，制冷效率相對(duì)較低，也會(huì)增加項(xiàng)目的初投資。水蓄冷技術(shù)不僅可以使用制冷能效高的常規(guī)冷水機(jī)組，還可以實(shí)現(xiàn)蓄熱和蓄冷兩種用途，可進(jìn)一步降低項(xiàng)目的初投資。

 表4 水蓄冷和冰蓄冷技術(shù)特點(diǎn)

目前水蓄冷或冰蓄冷技術(shù)與傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用已到達(dá)商業(yè)應(yīng)用階段，根據(jù)用戶需求，應(yīng)用形式也不盡相同，但是其設(shè)計(jì)思路主要有利用余熱蓄冷和低谷電蓄冷，相關(guān)系統(tǒng)流程如圖2所示。余熱蓄冷技術(shù)是將分布式能源系統(tǒng)余熱進(jìn)行制冷在滿足用戶需求時(shí)，將余冷進(jìn)行冷量?jī)?chǔ)存，在余熱制冷不足時(shí)，利用蓄冷或備用電制冷機(jī)進(jìn)行供冷。低谷電蓄冷技術(shù)是分布式能源余熱制冷全部供冷，并在低谷電時(shí)進(jìn)行額外電制冷機(jī)制冷儲(chǔ)存，在余熱制冷不足時(shí)，利用蓄冷進(jìn)行供冷。

圖2 蓄冷技術(shù)與傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用方式

常麗等設(shè)計(jì)了一種傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)與余熱蓄冰耦合應(yīng)用系統(tǒng)，并在廣州地區(qū)商業(yè)建筑運(yùn)行，結(jié)果如圖3所示，余熱蓄冰技術(shù)可滿足23%的供冷量，運(yùn)行成本日節(jié)省815.67萬(wàn)，投資回收期為5.09年。王瑯等分析了余熱蓄冷裝置對(duì)分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行能耗和經(jīng)濟(jì)性的影響，確定蓄冷容量為120 kW·h時(shí)，系統(tǒng)有最大年生命周期成本節(jié)約率。

圖3 供冷量組成

盧海勇等耦合應(yīng)用了低谷電水蓄冷技術(shù)與傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)，建立了冷、熱、電和天然氣能量平衡的優(yōu)化配置模型，結(jié)果表明該耦合系統(tǒng)在滿足供冷需求同時(shí)具有最佳的經(jīng)濟(jì)性。李正茂等也將低谷電水蓄冷技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心，得到類似的結(jié)論。上海申通能源申能能源中心大樓采用低谷電冰蓄冷技術(shù)與分布式能源耦合系統(tǒng)，運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)電成本低于市電，冰蓄冷技術(shù)每天可節(jié)約電費(fèi)0.17萬(wàn)元。秦淵等也將低谷電冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)峰谷電價(jià)比達(dá)到3∶1時(shí)，系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。Luo等也利用類似系統(tǒng)得到相同的結(jié)論。

隨著新能源利用技術(shù)的發(fā)展，分布式能源系統(tǒng)向多能源化方向發(fā)展，蓄冷技術(shù)也進(jìn)行了多種耦合應(yīng)用。Di Somma等和潘雪竹等分別設(shè)計(jì)了一種水蓄冷技術(shù)與含太陽(yáng)能集熱器的分布式能源系統(tǒng)，如圖4所示，其可以利用太陽(yáng)能集熱器的集熱或內(nèi)燃機(jī)余熱進(jìn)行制冷并進(jìn)行冷量的蓄積。程杉等將冰蓄冷技術(shù)與風(fēng)光分布式能源耦合應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行建模計(jì)算，如圖5和圖6所示，確定了系統(tǒng)電量和冷量可以滿足用戶需求，系統(tǒng)調(diào)度成本進(jìn)一步減少。Testi等也提出相似系統(tǒng)。

 圖6 供冷量逐時(shí)變化

2.2 蓄熱技術(shù)

耦合應(yīng)用于分布式能源系統(tǒng)的蓄熱技術(shù)主要有水、熔鹽等顯熱蓄熱技術(shù)、相變蓄熱技術(shù)、熱化學(xué)蓄熱技術(shù)。其中，水、熔鹽等顯熱蓄熱技術(shù)耦合應(yīng)用是較為成熟的方式，已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用，相變蓄熱技術(shù)耦合應(yīng)用處于示范應(yīng)用階段，熱化學(xué)蓄熱技術(shù)耦合應(yīng)用處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段。

2.2.1 顯熱蓄熱技術(shù)

水蓄熱技術(shù)與傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用方式與冰蓄冷技術(shù)耦合應(yīng)用類似，也為余熱蓄熱和低谷電蓄熱技術(shù)，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)原理也如圖2所示。Wu等驗(yàn)證分布式能源系統(tǒng)與余熱水蓄熱技術(shù)耦合應(yīng)用具有很好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。Blarke等建立余熱水蓄熱技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用系統(tǒng)，得到了類似的結(jié)論。趙靜等研究了低谷電水蓄熱技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)的性能影響，發(fā)現(xiàn)低谷電水蓄熱技術(shù)不僅可以滿足熱負(fù)荷需求，如圖7所示，還可以增加系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益及能源利用效率。

 圖7 供熱量逐時(shí)變化

水蓄熱與可再生能源分布式系統(tǒng)的耦合應(yīng)用也得到了一定的研究。彭怡峰等利用蓄熱裝置解決風(fēng)電消納問(wèn)題，建立冷熱電聯(lián)供與蓄熱儲(chǔ)能分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行模型，驗(yàn)證了利用蓄熱裝置消納風(fēng)電具有較好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。楊志鵬等進(jìn)一步利用增加新能源的利用，利用光伏、風(fēng)機(jī)、燃料電池、地源熱泵結(jié)合傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行蓄熱供暖，如圖8所示，并驗(yàn)證分布式能源系統(tǒng)引入蓄熱技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，燃料費(fèi)用減少19.2%，運(yùn)行成本降低18.1%。Mavromatidis等建立水蓄熱與生物質(zhì)、太陽(yáng)能耦合的分布式能源系統(tǒng)，并優(yōu)化了不同碳排放下的最優(yōu)裝機(jī)容量，如圖9和圖10所示。Di Somma等也建立類似系統(tǒng)，得到系統(tǒng)年總運(yùn)行成本降低了21%～36%。顏飛龍?zhí)接懥怂顭嵩诜植际教?yáng)能熱發(fā)電技術(shù)中應(yīng)用的可行性，發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有太陽(yáng)能輸入的條件下，水蓄熱能夠使系統(tǒng)在平均50%的額定負(fù)荷下持續(xù)工作0.5 h。

 圖8 水蓄熱與風(fēng)光地源熱泵耦合的分布式能源系統(tǒng)

熔鹽蓄熱技術(shù)中，較為常見(jiàn)的是應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的硝酸鹽蓄熱技術(shù)，目前全球已有20余座應(yīng)用于熔鹽蓄熱的太陽(yáng)能熱電站，裝機(jī)容量達(dá)3899 MW。熊新強(qiáng)等提出熔鹽蓄熱是太陽(yáng)能光熱發(fā)電的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，并歸納熔鹽蓄熱與太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，如圖11所示，包括太陽(yáng)能集熱、熔鹽蓄熱儲(chǔ)能和發(fā)電三部分，熱熔鹽罐和冷熔鹽罐設(shè)計(jì)溫度可分別為565 ℃和290 ℃，最優(yōu)設(shè)計(jì)方案分別為不銹鋼罐體+硅酸鋁保溫層和碳鋼罐體+耐高溫有機(jī)硅防腐涂料+硅酸鋁保溫層。張宏韜等研究發(fā)現(xiàn)，利用硝酸熔鹽作為蓄熱介質(zhì)可以明顯提升熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率，改善材料熱穩(wěn)定性。Montes等對(duì)比分析了蒸氣、導(dǎo)熱油、熔鹽為太陽(yáng)能光熱電站傳熱介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)與蒸氣、導(dǎo)熱油相比，采用solar salt熔鹽作為傳熱介質(zhì)，在進(jìn)出口溫度為525 ℃/234 ℃時(shí)可以提高約4%的系統(tǒng)?效率。王慧富等對(duì)不同熔鹽應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)采用低熔點(diǎn)熔鹽作為傳熱和蓄熱介質(zhì)時(shí)年發(fā)電量和年發(fā)電效率最高，低熔點(diǎn)熔鹽傳熱、太陽(yáng)鹽蓄熱時(shí)年發(fā)電量最低，導(dǎo)熱油傳熱、太陽(yáng)鹽蓄熱時(shí)年發(fā)電效率最低。熔鹽蓄熱技術(shù)與棄風(fēng)棄光電或低谷電耦合的電供暖技術(shù)也得到了一定程度的示范應(yīng)用。吳玉庭等提出了一種利用棄風(fēng)棄光電或低谷電加熱的熔鹽蓄熱供暖技術(shù)，并在河北辛集進(jìn)行示范應(yīng)用，結(jié)果表明，室內(nèi)溫度穩(wěn)定維持在19～24 ℃，投資回收期為10年，每年可減少二氧化碳排放1889 t、粉塵排放70 t、二氧化硫排放6 t、氮氧化物排放5.3 t。

 圖11 熔鹽蓄熱與太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

2.2.2 相變蓄熱技術(shù)

相變蓄熱技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用處于示范應(yīng)用階段。周宇昊等建立多能互補(bǔ)分布式能源試驗(yàn)平臺(tái)，采用硝酸鹽相變材料回收煙氣高溫?zé)崃浚捎檬蛩徜X鉀回收中低溫蒸汽熱量，并驗(yàn)證了系統(tǒng)在3 h后仍能滿足系統(tǒng)供熱要求。俞鐵銘等設(shè)計(jì)了基于相變蓄熱技術(shù)的天然氣分布式能源系統(tǒng)，數(shù)值模擬了相變材料液相率，發(fā)現(xiàn)相變材料在4 h內(nèi)可以完成釋熱。卓思文設(shè)計(jì)了一種帶相變材料蓄熱技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)的耦合系統(tǒng)，如圖12所示，確定耦合系統(tǒng)的一次能耗相對(duì)節(jié)能率、燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)減容率、吸收式制冷機(jī)減容率分別為16.3%、51.1%和45.8%。李志永等將相變蓄熱與太陽(yáng)能供暖相結(jié)合提出一套太陽(yáng)能-相變蓄熱-新風(fēng)供暖系統(tǒng)，結(jié)果表明，相變蓄熱可保證空調(diào)機(jī)組的出風(fēng)溫度基本穩(wěn)定在35 ℃，滿足空調(diào)末端的需要。

 圖12 相變材料蓄熱技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用系統(tǒng)

2.2.3 相變蓄熱技術(shù)

熱化學(xué)蓄熱技術(shù)的耦合應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)室研究初期，特別是與傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用研究較少。Zhang等提出一種熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)耦合方式，如圖13所示，甲醇經(jīng)過(guò)槽式太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能，通過(guò)分解反應(yīng)生成CO和氫氣，之后利用原動(dòng)機(jī)供應(yīng)冷熱電。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)全年能源平均利用率為47.61%。

 圖13 熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)與分布式能源系統(tǒng)耦合方式

3 結(jié)論

(1)蓄冷蓄熱材料可分為顯熱、潛熱和熱化學(xué)材料。顯熱材料在技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)性等方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)，但是蓄能密度最低。熱化學(xué)蓄熱材料蓄能密度最高，但是技術(shù)成熟度不足，多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，相變蓄熱材料蓄能密度和技術(shù)成熟度較為適中，具有很強(qiáng)的商業(yè)應(yīng)用潛力。

(2)水、熔鹽、耐火磚、冰、石蠟、水合鹽較為適宜的商業(yè)應(yīng)用蓄冷蓄熱材料。其中，水和冰蓄能技術(shù)已得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用，熔鹽多應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域，耐火磚也在電蓄熱供暖領(lǐng)域得到了發(fā)展。

(3)與分布式能源系統(tǒng)耦合的蓄冷技術(shù)主要為水蓄冷和冰蓄冷技術(shù)。冰蓄冷技術(shù)以顯熱和潛熱方式蓄冷，具有蓄冷密度高、系統(tǒng)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，水蓄冷以顯熱方式蓄冷，具有制冷效率高、初投資低等優(yōu)點(diǎn)。蓄冷技術(shù)與傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)耦合應(yīng)用已達(dá)到商業(yè)應(yīng)用階段，主要有利用余熱和低谷電進(jìn)行蓄冷，運(yùn)行效果較佳，經(jīng)濟(jì)性較好;與風(fēng)光等可再生能源分布式系統(tǒng)的耦合應(yīng)用主要處于試驗(yàn)和示范應(yīng)用階段，提高能源利用率和降低運(yùn)行成本是未來(lái)的重要發(fā)展方向。

(4)水蓄熱、熔鹽蓄熱等顯熱蓄熱技術(shù)和相變蓄熱技術(shù)是分布式能源系統(tǒng)耦合的主要蓄熱技術(shù)。其中，水蓄熱、熔鹽蓄熱等顯熱蓄熱技術(shù)耦合應(yīng)用較為成熟，相變蓄熱耦合應(yīng)用處于示范應(yīng)用階段。熱化學(xué)蓄熱耦合應(yīng)用也在實(shí)驗(yàn)室研究中得到一定關(guān)注，需要進(jìn)一步研究。蓄熱技術(shù)與風(fēng)、光、地?zé)帷⑸镔|(zhì)等可再生能源分布式系統(tǒng)耦合應(yīng)用主要處于試驗(yàn)和示范應(yīng)用階段，對(duì)于緩解棄風(fēng)棄電、提高環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)性具有較大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值。

引用本文： 王俊,曹建軍,張利勇等.基于分布式能源系統(tǒng)的蓄冷蓄熱技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2020,09(06):1847-1857.

WANG Jun,CAO Jianjun,ZHANG Liyong,et al.Review on application of cold storage and heat storage technology based on distributed energy system[J].Energy Storage Science and Technology,2020,09(06):1847-1857.

第一作者：王俊(1980—)，男，博士，高級(jí)工程師，從事清潔發(fā)電、分布式能源、綜合能源服務(wù)等技術(shù)研究和項(xiàng)目開發(fā);

通訊作者：凌浩恕，博士，助理研究員，研究方向?yàn)榇笠?guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)。E-mail：linghaoshu@iet.cn。