变质量能量转换及储存技术在暖通空调中的应用

张 鸿

（天津市轻工业设计院，天津 300193）

自20 世纪以来，电力系统得到了广泛的发展空间，并在人们的日常生活以及城市的可持续运作中发挥了举足轻重的作用。众所周知，电力系统是由变电所、输电和配电线路、电源、负荷中心构成的，其主要功能是将一次性自然能源经过处理后转化为电能，再将这些电能经过输电、配电传输给各个用户。我国是电力资源的使用大国，在人们的日常生活工作中，时时刻刻都需要电力系统的支持。因此，将变质量能量转换及储存技术与电力系统更好地融合，帮助其在暖通空调中更好地应用，在一定意义上可以很好地实现智能发电与配电，保证电力系统的整体智能化与稳定化，保障居民的用电安全，为生产与生活提供更好的供电服务，最终促进我国电力领域的全面协调运作。

1 目前我国在暖通空调中的用电现状

自2003 年以来，我国用电量剧增，电力资源紧缺的问题备受人们关注，在为市民的正常用电带来负面影响的同时，也制约着我国国民经济以及城市化协调发展的进程。引起我国电力资源紧缺的主要原因，便是电力的投资不足，供给量赶不上市民的用电需求量，进而引起了电力系统的内部矛盾，最终导致在用电高峰期的电力供应不上等负面问题。

就目前来说，随着全球变暖对人们的影响，暖通空调已经成为家家户户在夏季必备的一类消暑的方法。但是，在其发展的过程中，问题也接踵而至。由于使用空调的住户较多，且每户使用空调的时间相对较长，因此用电高峰的电力负荷剧增，最终造成了用电高峰期电力供应不上，用电低谷期电力无法使用的情况。相关报道指出，造成该现象的首要因素便是空调，其在帮助人们消暑，为人们带来舒适的生活、学习以及工作环境的同时，也增加了用电的负荷，最终导致全程电力系统瘫痪的局面。除此之外，用电内部结构的矛盾性也在一定程度上加重了电力资源紧缺的负担，而且在今后的一段时间内，其都会或多或少地影响市民的正常生活、学习以及工作，制约我国国民经济的提升和城市化协调发展的进程。

基于我国用电量剧增、电力资源紧缺的大背景，仅仅依靠电力系统调度来满足市民对于电力资源的供应量不是长久之计，通过拉电闸来保障用电安全、促进电力系统的可持续化运转已经是必要举措。为此，应该在建设发电站、蓄能水电站等其他供电设施的同时，积极调整用电的蓄能调荷，即对用户的用电时段根据使用情况进行调整，从而保证用电高峰期可以提供电量满足市民的需求，用电低谷期可以安全用电，最终实现电力负荷的均衡协调发展。这样一来，不仅可以解决发电站等发电设施耗资多，建设周期长的问题，还可以为解决我国电力资源不足的问题贡献力量，更能为我国电力系统的安全、科学、高效以及经济化的运行注入新的发展活力。

2 现有主要蓄能技术及新蓄能技术原理

2.1 现有主要蓄能技术

就目前来说，我国电力系统中常使用的蓄能技术主要是通过工作介质的状态变化来实现能量的储存，主要可以分为三种蓄能技术。

（1）显热蓄能技术。该技术主要利用不同物质中的特定热容，从而在物质保持不变的背景下，研究其随着温度的变化而呈现出的状态，是否吸收或散出热量。由于该技术更适用于热荣较大的物质，如土壤，因此现阶段该技术主要被应用在冷、热水的蓄能中。

（2）潜热蓄冷技术。该技术主要是依靠不同物质发生相变时吸收或散出的热量，之后进行热量的储存或消耗。该技术主要为相变材料的蓄能技术，具体来说，可以分为共晶盐蓄能技术和冷蓄能技术两种：①共晶盐蓄能技术是为了克服冰蓄冷空调系统的运行缺陷而发展的，其主要依靠相变温度低于8℃的共晶盐蓄能材料，从而更好地满足蓄热或储存低温的要求。②冷蓄能技术的应用率逐年增长，它是利用冰的相变特性，从而实现能量的储存或消耗。高技术的蓄冷槽较小，从而有利于被安置在建筑物内。除此之外，基于其冰水本身的温度较低，在相同的空调负荷下，可以有效降低电力的负荷量。另外，其还具有一定的除湿能力，对营造舒适的生活、学习以及工作环境更加有利。但是，该技术也存在着一定的缺陷，如其绝热层的厚度需要根据实际情况加宽，技术要求相比于水蓄冷也相对较高。

（3）热化学蓄能技术。该技术的主要原理为热化学反应，通过在一定的温度下，一些物质发生吸热或散热的变化，从而实现能量的储存。据相关报道，该技术的主要应用范围在目前研究的气体水合物蓄冷的项目中，通过在原理上实现特定的热化学反应，在物质的变化形态上遵循潜热蓄能技术，最终实现蓄冷的目标。

2.2 新蓄能技术原理

我国电力系统中现有的蓄能技术主要都是依靠直接储存冷、热能来实现能量的储存，其蓄能的温度均与环境温度有一定的差别，因而在使用过程中需要加装隔热装置，采取隔热措施。除此之外，其蓄能的内部密度还具有上升的余地。例如潜热蓄冷技术和热化学蓄能技术相较于显热蓄能技术，其操作系统较为复杂，操作起来较为繁琐。除此之外，相比于共晶盐蓄能技术，其他蓄能技术均不能满足温度在0℃以下的蓄能要求。因此，发展新蓄能技术，弥补现有蓄能技术在技术领域与理论领域的缺陷已经迫在眉睫，满足蓄冷与蓄热的双向目标已经成为现阶段发展变质量能量转换与储存技术的首要前提。

合理地将蓄能问题看作是变质量能量之间的转换问题，便可以实现能量之间的转换与储存，从而为人们日常所需要的能量进行补充。变质量能量转换及储存技术作为新蓄能技术，其发展前景十分乐观，其主要依靠电力资源，通过将电力资源转换为潜能，即化学势能，之后利用制冷剂将化学式能转变为冷能或热能，或是直接将潜能转变为除湿能。化学势能的储存，在一定意义上，就意味着实现了热能、冷能以及除湿能的储存，最终实现在暖通空调中的科学应用，保障了能量的储存与转换。

相较于上文中所提到的现有的蓄能技术，潜能蓄能技术的储存原理主要是依靠将工作溶液的化学势能进行储存，并且在储存的过程中只有物理变化，例如温度变化、压力变化以及浓度变化，而没有化学变化。除此之外，由于变质量能量转换及储存技术的间接蓄能特性，这也在一定程度上让其可以积极调整用电的蓄能调荷，即对用户的用电时段根据使用情况进行调整，从而保证用电高峰期可以提供电量满足市民的需求，用电低谷期可以安全用电，最终实现电力负荷的均衡协调发展。

3 变质量能量转换及储存技术的工作循环与流程

变质量能量转换及储存技术的工作主要可以涵盖为开式工作循环方式和闭式工作循环方式两种。具体来说，开式工作循环方式主要是通过除湿方式进行的，可以合理地将潜能转变为了除湿能，并应用在内部系统的运行过程中；而闭式工作循环方式主要采用的是制冷或制热泵的操作原理，将潜能转变成为冷能或热能。开式与闭式蓄能系统的能量储存、转换以及再转换原理大致相同，但是最终的应用范围与目的不尽相同。在充、势能的过程中，开式与闭式蓄能系统的能量质量均会发生一定的变化。由于将一次能量转化为工作溶液化学势能是通过将电能利用压缩机转化为热能，之后在冷凝器内将热能转化为工作溶液的化学势能，因此只要最终能够能产生热能的能量均可以在蓄能新技术中得以应用于发展。

4 变质量能量转换及储存技术的蓄能密度

在变质量储能和能量转换技术中，对封闭和开放系统的有效储能密度进行了简单的估计。首先，对于开放式和封闭式系统，如果采用溴化锂水溶液（对于溴化锂溶液，其溶质为溴化锂），其最后的溴化锂质量分数之间差额为12%，溴罐灌装和释放能量的末尾时，其溴化锂的质量分数为70%。其次，对于封闭系统的储能密度，当其用于制冷的目标时，其有效蓄能密度为544MJ/m³；而用于产热功能时，有效储能密度为635MJ/m³；对于开放式系统，用于除湿的有效储能密度为285kg/m³。很明显，可变质量能量储存和转换技术的有效体积储存密度比冰储存密度高得多。除此之外，变质量能量转换及储存系统的存储密度，切实转换系统的储能和可变质量主要是与吸附剂的质量分数底水库蓄水和潜力进行蒸发冷却器，以及吸收剂的质量分数底水库蓄水和溶液的密度末尾的填充。天然物质一水合物和氨水具有很高的蒸发潜热，对环境无害，因此它们非常适合作为质量能量转换和储存系统中的冷却剂使用。

5 结束语

总而言之，我国作为电力资源的使用大国，在我们的日常生活工作中，时时刻刻都需要电力系统的支持。随着各行各业对电力资源供应的需求日益增加，要想我国电力领域在世界上占据一席之地，就应该加大对高科技技术的引进力度。变质量能量转换及储存技术作为一种新蓄能技术，其主要依靠电力资源，通过将电力资源进行有效转换，可以实现能量之间的转换与储存，从而为人们日常所需要的能量进行补充，满足人们对于暖通空调的用电需求，最终实现电力负荷的均衡协调发展。