儲(chǔ)熱作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在清潔供暖、火電靈活性改造、綜合能源服務(wù)等多個(gè)能源細(xì)分領(lǐng)域。本文論述了跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)的分類、工作原理，并對(duì)主要技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。綜述了跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)發(fā)展情況，為建筑冬季采暖、煤改清潔能源、區(qū)域能源供給提供新的技術(shù)路線。最后對(duì)跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

大力發(fā)展太陽(yáng)能、地?zé)崮?/a>、風(fēng)能、潮汐能等清潔能源是建設(shè)綠色中國(guó)和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路。儲(chǔ)熱技術(shù)在電力“移峰填谷”、工業(yè)廢熱再利用和余熱回收、建筑采暖和空調(diào)節(jié)能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

大規(guī)?？缂竟?jié)儲(chǔ)熱在經(jīng)濟(jì)性、低碳化等方面已具有可行性，其將全年余熱收集起來，變廢為寶、實(shí)現(xiàn)零碳，可有效解決可再生能源供熱系統(tǒng)在時(shí)間、空間和強(qiáng)度上的不匹配特性，擴(kuò)大熱能利用的深度與廣度。另外，大規(guī)模跨季節(jié)儲(chǔ)熱與儲(chǔ)氫、儲(chǔ)電、儲(chǔ)水發(fā)電、儲(chǔ)高壓氣等新型儲(chǔ)能方式相比成本更低。地下跨季節(jié)儲(chǔ)熱因其技術(shù)成熟度高、應(yīng)用廣泛，具有高儲(chǔ)存效率和高儲(chǔ)存容量等優(yōu)點(diǎn)，使其成為當(dāng)前跨季節(jié)儲(chǔ)熱研究與應(yīng)用的主要方向。

01、儲(chǔ)熱相關(guān)政策

儲(chǔ)熱作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在清潔供暖、火電靈活性改造、綜合能源服務(wù)等多個(gè)能源細(xì)分領(lǐng)域，其發(fā)展離不開政策的引導(dǎo)與支持。表1和表2為近幾年國(guó)家和地方層面發(fā)布儲(chǔ)熱相關(guān)政策及主要內(nèi)容。

表1 國(guó)家層面相關(guān)儲(chǔ)熱政策

表2 地方層面相關(guān)儲(chǔ)熱政策

02、跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)類型

跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)是通過太陽(yáng)能、工業(yè)余熱等熱能資源實(shí)現(xiàn)供熱的一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，具有儲(chǔ)熱容量大、設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，在大型供熱項(xiàng)目中具有廣泛應(yīng)用前景。其主要可分為顯熱、潛熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱，其中顯熱儲(chǔ)熱又可分為水箱儲(chǔ)熱、地下含水層儲(chǔ)熱、地埋管儲(chǔ)熱和礫石?水儲(chǔ)熱。圖1為跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)流程圖。

圖1 跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)流程

2.1 顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)

顯熱儲(chǔ)熱（SHS）是利用某些介質(zhì)溫度升高或降低過程進(jìn)行熱量存儲(chǔ)，憑借運(yùn)行方式簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)已大規(guī)模商用。

水箱儲(chǔ)熱。水箱跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)是一種利用水箱儲(chǔ)存熱能，實(shí)現(xiàn)季節(jié)性能源儲(chǔ)備的技術(shù)，因具有單位體積熱容量大、流動(dòng)性好、存取熱量快捷等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于大規(guī)模季節(jié)儲(chǔ)熱示范項(xiàng)目中，如圖2所示。但該儲(chǔ)熱技術(shù)建設(shè)成本較高，需進(jìn)行較大規(guī)模設(shè)備安裝和管道布置，同時(shí)水箱維護(hù)和管理也需要較高技術(shù)水平和人力成本。

圖2 地下水箱儲(chǔ)熱示意

地下含水層儲(chǔ)熱。地下含水層跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)主要利用地下含水層作為熱儲(chǔ)存介質(zhì)，將夏季余熱儲(chǔ)存到地下含水層，冬季再利用地下含水層熱能進(jìn)行供暖，其主要包括熱源井、熱泵、換熱器等設(shè)備，如圖3所示。該儲(chǔ)熱系統(tǒng)造價(jià)較低，但對(duì)地質(zhì)條件要求較高。地下含水層儲(chǔ)熱技術(shù)具有儲(chǔ)存容量大、儲(chǔ)能效率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大規(guī)模供暖需求，但該技術(shù)建設(shè)成本較高，同時(shí)地下含水層的開采和利用需嚴(yán)格遵守環(huán)境保護(hù)要求。

圖3 地下含水層儲(chǔ)熱示意

3）地埋管儲(chǔ)熱。地埋管儲(chǔ)熱主要利用單U、雙U或螺旋形管與地下土壤進(jìn)行換熱，埋管深度大概在地下30~100 m，在非供暖季將熱源能量通過水等介質(zhì)儲(chǔ)存在地下土壤和巖石中，供熱季又將熱量交換出來供給用戶端，如圖4所示。因具有穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于建筑物采暖、制冷等領(lǐng)域。該技術(shù)對(duì)地質(zhì)要求較高，巖石和飽和水土壤地質(zhì)類型較為適宜，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外區(qū)域供熱示范項(xiàng)目中。

圖4 地埋管儲(chǔ)熱示意

4）礫石?水儲(chǔ)熱。礫石?水儲(chǔ)熱的儲(chǔ)熱介質(zhì)由礫石和水組成，該技術(shù)通過在地下挖掘一個(gè)深度為數(shù)十米的圓形坑穴，在坑穴中鋪設(shè)一層礫石，再將水泵入坑穴中，使礫石和水體形成熱儲(chǔ)庫(kù)，如圖5所示。該技術(shù)具有儲(chǔ)存效率高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低建筑物能耗和碳排放。

圖5 礫石?水儲(chǔ)熱示意

2.2 潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)

潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)是以相變材料為儲(chǔ)能介質(zhì)的一種熱能儲(chǔ)存技術(shù)，主要利用相變材料的相變溫度與相變潛熱之間差異，將其應(yīng)用于熱能儲(chǔ)存，如圖6所示。潛熱儲(chǔ)熱應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。單一材料往往難以滿足性能要求，故制備復(fù)合相變材料成為潛熱儲(chǔ)熱的研究重點(diǎn)。該技術(shù)主要目標(biāo)為降低材料生產(chǎn)成本、增加產(chǎn)能、提高材料使用年限和可靠性。

圖6 相變儲(chǔ)熱示意

2.3 熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)

熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)能密度通常是顯熱材料的8~10倍，是潛熱材料的2倍以上，并且長(zhǎng)期儲(chǔ)存熱損失小，因此被認(rèn)為是未來最有前景的儲(chǔ)熱方式之一。該技術(shù)通過夏季將太陽(yáng)能或其他可再生能源轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并儲(chǔ)存在化學(xué)反應(yīng)物中，冬季通過逆向反應(yīng)釋放出儲(chǔ)存熱能（圖7）。常見熱化學(xué)跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)包括氨合成、硅酸鹽合成、碳酸鹽合成等。其中氨合成是應(yīng)用最廣泛的一種技術(shù)。熱化學(xué)跨季節(jié)儲(chǔ)熱主要處于研究階段，目前針對(duì)吸附/吸收熱化學(xué)跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者已經(jīng)展開了廣泛的研究。

圖7 熱化學(xué)儲(chǔ)熱示意

03、跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)對(duì)比

與潛熱和熱化學(xué)技術(shù)相比，顯熱儲(chǔ)熱因其運(yùn)行方式簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)成為最商用技術(shù)，但其儲(chǔ)熱量受限。顯熱儲(chǔ)能利用水或熔融鹽等物質(zhì)作為介質(zhì)儲(chǔ)能，應(yīng)用領(lǐng)域包含工業(yè)窯爐和電采暖、居民采暖、光熱發(fā)電等領(lǐng)域。目前顯熱技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用主要集中在光熱電站，表4為4種顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)比較，潛熱儲(chǔ)熱根據(jù)相變溫度可分為低溫和高溫。低溫潛熱儲(chǔ)熱主要用于廢熱回收、太陽(yáng)能儲(chǔ)存及供暖和空調(diào)系統(tǒng)。高溫潛熱儲(chǔ)熱可用于熱機(jī)、太陽(yáng)能電站、磁流體發(fā)電以及人造衛(wèi)星等方面。熱化學(xué)儲(chǔ)熱涉及某種與熱化學(xué)材料的可逆放熱/吸熱化學(xué)反應(yīng)，該技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)際工程應(yīng)用中存在諸多技術(shù)問題，故此類項(xiàng)目案例較少。

表4 顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)對(duì)比

相比其他2種技術(shù)，熱化學(xué)儲(chǔ)熱因其具有能量密度高、長(zhǎng)期儲(chǔ)存熱損失小等特點(diǎn)被認(rèn)為是潛力最大，如果技術(shù)瓶頸突破，投資成本降低后，將被大規(guī)模應(yīng)用。表5為3種跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)對(duì)比。

表5 3種跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)對(duì)比

近年來，中國(guó)跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展迅猛，通過對(duì)跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠治?，?0年該領(lǐng)域?qū)＠靠傮w呈上升趨勢(shì)，尤其是2015年后該領(lǐng)域創(chuàng)新熱度大幅提升。

04、結(jié)論

跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)不僅是一種低碳技術(shù)，更是未來城市能源系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)手段，不僅可以滿足城市采暖需求，也可調(diào)節(jié)熱需求與余熱源之間在空間與時(shí)間上不同步。

跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)研究和應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際落地階段，未來具有較大發(fā)展空間和潛力。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)發(fā)展，跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)也逐漸通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更加高效的熱能儲(chǔ)存和使用；因地制宜選擇熱源及儲(chǔ)熱方式，利用跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)時(shí)應(yīng)充分考慮地區(qū)環(huán)境因素影響，選擇合適儲(chǔ)熱形式以及清潔能源實(shí)現(xiàn)能源最大化儲(chǔ)存和利用；跨季節(jié)儲(chǔ)熱在國(guó)外發(fā)展時(shí)間較早，發(fā)展速度較快，而國(guó)內(nèi)該技術(shù)工程應(yīng)用較少，在學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)同時(shí)應(yīng)開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提升中國(guó)自主研發(fā)能力。