太阳能热发电用储热混凝土制备的研究.pdf

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1、太阳能热发电用储热混凝土制备的研究周卫兵1。蔡凡凡1，朱教群1。孙正1，荆汝林2(1．武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉430070；2．中广核太阳能开发有限公司，北京100048)摘要：研究了以铝酸盐水泥为胶凝荆，以具有较大比热客的焦宝石和铝矾土等作为集料，添加高导热性的碳化硅和钢纤维，并选用性能优异的复合高效减水剂，制备可用于聚光式太阳能热发电的新型混凝土储热材料。关键词：太阳能热发电；储热；混凝土；制备中图分类号：TK513文献标识码：A文章编号：1004—3950(2014)03—0039一03Studyonfabricationofthermalst

2、orageconcretematerialusedinsolarpowersystemZHOUWei·bing，CAIFan扣n，ZHUJiao-qun，etal(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China)Abstract：Anewtypethermalstorageconcreteappliedforsolarthermalpowerwasfabricatedbyusingaluminatesce—menttobebondingmater

3、ial，usinghighheatcapacityaggregatesuchasflintclayandbauxite，andaddingasmalla-mountofSiCandsteelfiberswithhighheatconductivity．Thehighefficientwaterreducingagentwasalsoused．Theperformanceofthermalstorageconcretecanmeetthedemandsofapplicationinsolarthermalpower．Keywords：solarthermalpower

4、；thermalstorage；concrete；fabrication0引言以储热材料为核心组件的储热系统是太阳能热发电系统中的重要组成部分，能够解决太阳能热发电能源供应的不匹配问题。其基本原理是在太阳光源充足时，将光能转化成热能储存到储热材料中，当光源不充足时，再通过导热工质将热量转移出来，同时保持整个换热管道和储热系统的温度不会出现骤降，从而可以保证发电站工作稳定，并提高工作效率⋯。目前聚光式太阳能热发电材料的储热方式主要有三种：显热，潜热(相变)和化学反应热嵋。。从世界范围内各太阳能热发电站的应用情况来看，显热储热和潜热储热是两大主要储热技术⋯。其中，潜热储

5、热作为发展中的技术，由于具有储热密度高、温度变化范围小等优点，有良好的应用前景，已经受到越来越多研究者的关注卜’。而以显热方式储热的水和岩石目前技术较成熟，已经得到广泛应用p1。为了满足太阳能热发电站的工作需求，合适的储热材料必须具备以下特点¨】：(1)热物理性能优良。储热密度大，显热储热材料需要高比热容，潜热储热材料需要高相变焓，化学反应储热材料则需要高反应热；具有适宜的工作温度；导热系数大，保证热量能够及时存取。(2)热稳定性好。对单组分材料要求难挥发或分解，对多组分材料要求各组分间结合稳定，不易发生相分离现象；储热材料在温度升降或不同状态间转化时，体积变化率小

6、；材料必须具有良好的长期热循环稳定性。(3)化学稳定性好。对储热材料要求无毒、无腐蚀、不易燃易爆，并且与封装材料相容性好。(4)来源广泛，价格低廉；能量消耗和碳排放量低。考虑到以上要求，本课题组选择混凝土作为显热储热材料进行研究工作。前期研究已经对储热混凝土的制备和热物理性能表征做过大量探索，并取得了一定的进收稿日期：2013—11—02基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2012BAA05806，2012BAA05803)；武汉市科技攻关资助项目(201210321094)作者简介：周卫兵(1974一)，男，江苏盐城人，博士，副教授，主要从事太阳能储热材料及系统研

7、究。—_叠_2014年，第3期一39—展¨。。但是在实际应用中发现，混凝土材料表面会产生裂纹，且添加石墨材料后力学性能明显降低。为了更好地达到实际应用需求，本文中对储热混凝土的原料和配比进行进一步优化设计，并对制备出的储热材料性能进行了测试。1材料制备1．1原材料胶凝材料采用贵州遵义县鸭溪盛华水泥有限公司生产的CA一80铝酸盐水泥；粗骨料为陕西某地产焦宝石，湖北某冶金公司产铝矾土；活性矿物微粉来自陕西某公司生产的硅微粉；高效复合减水剂为本实验室自配，减水率20％左右；碳化硅为化学纯，粒度0～1／lq／lq；钢纤维为20mm的耐火钢纤维。1．2制备工艺储热混凝土的