基于低品位余热利用的热化学再吸附发电、制冷及储能特性研究

To overcome the bottleneck problems of the low working performance and large heat loss in the process of energy conversion and storage, thermochemical resorption cycle for power, cooling and energy storage cogeneration of low grade heat utilization is proposed in this project. Two kinds of metal halides with different equilibrium reaction line are involved in the resorption cycle. Cycle performance of different thermodynamic parameters is analyzed for revealing the restraint law of energy conversion and storage to realize the optimization of multimode power, cooling, heating and energy storage. It covers combined cooling heating and power, integrated energy upgrade and combined heat and cold energy storage. The research contents mainly include cycle establishment and thermodynamic parameters optimization, development of novel metal halides composite adsorbents and adsorption kinetics, heat and mass transfer enhancement and the configuration description of novel metal halides composite adsorbents, dynamic performance response of scroll expander on the pressure swing condition. This project takes advantage of high power generation efficiency, high energy storage density, combined cooling and heating and long-term energy storage based on the conversion between low grade heat and chemical sorption potential for efficient use of heat.

针对低品位余热转换与储能过程中存在的工作效率较低、热量损失较大等瓶颈问题，本项目提出了一种基于低品位余热利用的热化学再吸附发电、制冷及储能循环，该循环以两种不同反应平衡温度的碱金属卤化物为研究对象，着重分析不同热力学参数条件下的循环性能，揭示了再吸附热功转换与能量存储过程中的相互制约规律，从而实现多种模式下的发电、制冷、供热以及储能协调优化，涵盖了冷热电联供、能量品位提升以及冷热复合储能为一体。研究内容主要包括热化学再吸附发电、制冷及储能循环构建与热力学参数优化匹配、新型碱金属卤化物的研制与吸附反应动力学、再吸附碱金属卤化物复合吸附剂表征与热质耦合强化、变压工况下涡旋式膨胀机的动态性能响应。本项目利用低品位余热与热化学吸附势能之间的相互转换实现热量的高效利用，具有发电效率高、储能密度大、冷热电联供以及长效储存等优点。

本项目针对余热转换与储存过程中存在的综合问题，以实现能量的高效转换与利用为目标，构建了基于固-气热化学吸附单元与多模式热力循环。通过对吸附单元/循环构建、复合吸附剂表征、传热传质强化、吸附反应动力学调控以及集成系统热力学性能评价的逐层递进研究，实现了针对典型复合吸附剂 (碱金属卤化物/石墨)、典型热源（60-200C）条件下的高效发电，制冷与储热，完成了热力循环稳态性能和多模式储热特性分析。最终考察了热化学储热在低品位余热转换与利用中的可能性和可行性，探索了热化学吸附领域内典型能量形式之间的高效转化与利用规律，初步掌握了通过吸附储热单元完成高效存储和转换的方法，从而达到低碳节能的目的。.项目研究成果凝练为学术论文28篇（第一标注 25篇），其中SCI索引23篇（第一/通讯作者），项目负责人江龙与浙江大学能源学院共同组织并参加第五届国际可持续热管理大会, 同时在会上做了口头汇报介绍热化学吸附技术在低碳方面的应用。在本项目资助下，培养硕士研究生3人、博士研究生4人。