Development Status of Thermal Energy Storage and Heat transfer Challenges in Thermal Storage Media and Equipment

热储能作为一种具有广泛应用场景的长时储能技术, 凭借不受地理条件制约、低成本、高安全性、长寿命等优势, 在新型电力系统的构建中发挥着愈发重要的作用. 热储能系统的储放热性能由复杂的传热过程主导, 而目前的技术发展水平仍存在亟待突破的传热瓶颈, 制约了热储能技术的大规模应用. 本文系统性地介绍了热储能技术的发展现状与主要应用场景, 分别剖析了固体与液体储热系统在材料和装备层面的传热挑战, 并总结针对相关挑战的研究进展及可能的技术发展方向. 针对固体储热系统, 其主要挑战在于储热介质的光吸收率与热导率偏低, 储换热装备在换热过程中存在热阻较高或换热效率较低等局限；当前研究聚焦于固体储热材料的复合改性、固定床与移动床装备的换热结构优化以及流化床的寄生功率与热损失控制. 针对液体储热系统, 其材料层面的难点在于液体储热介质热导率等热物性参数的精准测量, 以及如何克服低热导率等热物性对储换热能力的制约；而装备层面则亟需提升电热转化与热交换装备的功率规模与转化效率；潜在的解决方案包括根据液体特性针对性地改进物性测量装置、引入纳米颗粒协同调控液态介质的热导率与储热密度、开发电磁感应加热、高温热泵等新型电热转化技术并提出可规模化的热交换装备传热增强设计. 在未来, 随着上述传热难题的逐步攻克, 热储能技术将在光热发电、火电灵活性改造、储能电站及工业/居民供暖等领域实现更广阔的规模化应用, 助力经济社会的全面绿色转型与“双碳”目标的顺利实现.