2026年 第48卷 第6期    刊出日期：2026-06-25

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储热材料与技术

固体颗粒储热技术综述：原理、材料、装置与应用

郑浩, 熊亚选, 钱向瑶, 邹婧, 吴玉庭

2026, 48(6):  1-15.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.001

摘要 ( 64 )   HTML ( 8 )   PDF (1868KB) ( 23 )  

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全球能源低碳转型背景下，可再生能源间歇性、热能供需错配问题突出，储热技术成为新能源消纳的核心支撑。固体颗粒储热技术具有工作温度范围广、热循环稳定、环境友好等显著优势，在太阳能热发电、工业余热回收等领域展现出巨大的应用潜力。为明确不同固体颗粒材料的应用场景，以“储热原理-固体颗粒材料-储热装置-工程应用”为主线，阐明储热原理决定材料适配性、材料性能约束装置结构、装置设计支撑实际应用的内在关联。固体颗粒储热可作为显热储热（SHS）、潜热储热（LHS）、热化学储热（TCES）及复合储热（CTES）4类储热技术的介质。分析了各类技术路径的原理与典型颗粒材料的关键热物性参数：SHS技术成熟、材料热密度低；LHS热密度较高、放热稳定，但材料存在过冷与封装泄漏问题；TCES材料的热密度高，但反应慢，且需配套气体处理系统，初期投资较高；CTES的材料界面热阻大，但提高了系统稳定性。深入剖析了固定床、移动床、流化床3类主流储热装置的结构与工作原理，整理各装置的传热关联式，根据不同装置的适配颗粒粒径（填充床适用于大粒径颗粒，移动床适用于中粒径颗粒，流化床适用于微胶囊相变颗粒、热化学颗粒等细颗粒）、颗粒损耗、压降等特性，并总结了不同装置的现存挑战。通过构建从材料到工程落地的完整技术框架，为固体颗粒储热的快速发展和工程应用提供技术依据。未来固体颗粒储热技术将朝向固废高值化、装置商业化、系统一体化等方向发展。

混凝土储能电池研究进展

时传淇, 熊亚选, 撖超然, 郑浩

2026, 48(6):  16-33.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.002

摘要 ( 61 )   HTML ( 3 )   PDF (4457KB) ( 33 )  

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混凝土储能电池将电化学储能单元嵌入水泥基材料，使建筑构件在承重之外兼具电能存储功能，为建筑节能、可再生能源消纳和基础设施能源化提供了新的材料方案。结合混凝土超级电容器和混凝土基二次电池研究，归纳其材料组成、结构形式、性能评价与应用进展，重点讨论储能性能与结构性能之间的协调问题。现有研究主要从电极、电解质、隔膜、集流体和构件结构几个层面展开。电极方面，炭黑、碳纤维、碳纳米管和石墨烯等碳基材料可在水泥基体中形成导电网络，适合构建双电层电容体系；金属氧化物、金属氢氧化物、金属氮化物及导电聚合物可提供赝电容或电池型反应，有助于提高容量，但需解决碱性孔溶液和潮湿环境下的界面稳定问题；制备工艺上，原位复合法便于与混凝土浇筑过程结合，电化学沉积可提高电极表面活性，模板辅助法有利于形成多孔传输通道，3D打印则为电极和承载区的定向布设提供了条件。电解质方面，液态电解质离子电导率高但易流失，固态水泥基电解质安全性和承载能力较好但传输效率不足，凝胶态电解质在保水、抗泄漏和界面润湿方面表现较均衡。隔膜材料也由普通多孔隔膜向水泥基、聚合物-水泥复合隔膜发展，以同时满足电极隔离、离子传输和力学支撑需求。相关研究已在墙体储能、LED供电、路面无线充电、结构健康监测等场景中完成初步验证，但多数成果仍停留在小尺寸试件或实验室装置阶段。混凝土储能电池的关键限制在于导电相和孔隙结构有利于电化学性能，却可能削弱基体密实性和力学强度；金属部件在高碱、潮湿环境中的耐久性仍不充分；器件能量密度、循环稳定性和工程尺度一致性尚难满足长期服役要求。后续研究应围绕耐碱导电骨架、聚合物-水泥复合电解质、工业固废基功能骨料、梯度孔隙设计和3D打印定向成型展开，并建立面向服役环境的长期测试方法。通过合理区分储能功能区与承载功能区，可逐步提高该类材料在建筑构件和智能基础设施中的工程适用性。

工质物性驱动的SWHE性能与几何参数关联研究

王子瑄, 鹿院卫, 杨涵, 吴玉庭

2026, 48(6):  34-45.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.003

摘要 ( 46 )   HTML ( 2 )   PDF (1934KB) ( 11 )  

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螺旋缠绕管换热器（SWHE）在燃煤机组深度调峰系统的蒸汽-熔盐换热过程中具有重要应用前景。现有研究多集中于SWHE的几何结构优化，工质热物性变化对SWHE的性能调控作用存在研究空白。通过集成SWHE设计计算模型与非支配排序遗传算法，构建了以冷/热侧综合性能评价指标、平均传热系数、壳外径和总熵产数为目标的多目标优化框架，针对5种混合熔盐（太阳盐、Hitec盐、Hitec XL盐、四元硝酸盐、三元硝酸盐）开展优化设计研究。结果表明，工质的热物性会显著影响SWHE的几何参数与其性能的关联性：高黏度熔盐（如Hitec XL）作为工质的SWHE，其缠绕角度与总传热系数呈强正相关，且增大管外径可使总传热系数增大，这与其他熔盐作为工质的SWHE有显著不同；高热导率熔盐（如四元硝酸盐）作为工质的SWHE，其缠绕角度与熵产数的相关性呈现出与其他熔盐作为工质时相反的特性。最后，通过单位体积换热强度与熵产数的综合决策，从多目标优化获得的帕累托解集中筛选出4种推荐方案：方案1虽然具有最优紧凑性（换热面积984.96 m²，建设成本583.8万元），但运行成本较高（115.31万元/a）；方案4虽然换热面积较大（3 904.88 m²）、建设成本较高（1 216.1万元），但凭借低熵产特性使运行成本较方案1降低了51.5%（55.93万元/a）。研究结果揭示了混合熔盐的热物性对SWHE性能与几何参数的关联性，为熔盐配方选择与SWHE工程设计提供了理论依据与实践方案。

基于多工质布雷顿循环的塔式光热电站性能分析

张越, 翟融融, 李婧玮, 泮文欣, 陈永安

2026, 48(6):  46-56.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.004

摘要 ( 42 )   HTML ( 3 )   PDF (1992KB) ( 17 )  

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为协同优化塔式光热电站布雷顿循环系统的结构和参数，研究循环构型、关键运行参数及CO₂基二元混合工质对塔式光热电站超临界二氧化碳布雷顿循环热力性能的影响，筛选适用于不同环境温度条件的循环构型与高性能工质。建立遗传算法与顺序二次规划相结合的双层智能进化优化架构，外层遗传算法用于搜索循环构型及离散变量，内层顺序二次规划用于优化压力、温度等连续运行参数，并通过文献算例验证算法的有效性。基于REFPROP 9.1，以硫化氢、氦、丁烷和氪为添加组分，构建4组共40种CO₂基二元混合工质，比较不同纯工质及混合工质的循环比功和热效率；进一步选取S-CO₂，S-CO₂-50%氦和S-CO₂-50%硫化氢，分析其在德令哈典型日气象条件下的运行性能。所建立的双层算法能够实现循环构型与运行参数的协同优化。与文献基准工况相比，优化后的布雷顿循环比功提高24.6%，热效率提高2.12%，最优构型为设置再热和中间冷却且不采用分流过程。纯工质对比表明，与S-CO₂相比，氦和硫化氢的循环比功分别提高约324.8%和28.5%，丁烷和氪则分别降低35.9%和71.5%。典型日分析表明，高比功运行时长受气象条件显著影响，并由春分至冬至总体呈增加趋势。在高温时段，S-CO₂-50%氦的比功达到286.1 kJ/kg，明显高于S-CO₂-50%硫化氢的138.2 kJ/kg和S-CO₂的119.4 kJ/kg；但在低温时段，其比功低于S-CO₂。相比之下，S-CO₂-50%硫化氢在整个典型日运行时段内均能获得相对于S-CO₂的比功增益。遗传算法-顺序二次规划双层架构可有效解决循环构型与连续运行参数耦合优化问题。再热和中间冷却有利于提升循环性能，而分流过程并非最优构型的必要环节。S-CO₂-50%氦更适用于高温条件下追求高比功输出场景，S-CO₂-50%硫化氢则在较宽环境温度范围内具有更稳定的性能增益。因此，塔式光热电站的工质选择应综合考虑当地气象条件、非设计工况性能及高比功运行时长，而不能仅依据设计点性能。

面向西北地区枸杞干燥的太阳能-空气源热泵双源系统优化研究

王营超, 刘亚锁, 高钾, 蒋甲丁, 尹少武, 樊小朝

2026, 48(6):  57-67.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.005

摘要 ( 46 )   HTML ( 2 )   PDF (2098KB) ( 8 )  

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针对西北地区农副产品干燥过程中能耗高、碳排放量大以及传统太阳能干燥技术受天气影响大、稳定性差等问题，构建了一种高效稳定的多能互补干燥系统。该系统旨在寻求一种适应西北地区高辐照度的清洁干燥技术方案以实现枸杞等高附加值农产品的绿色低碳加工。选取新疆精河县枸杞干燥为具体应用场景，设计并搭建了太阳能-空气源热泵双热源协同干燥系统。基于TRNSYS平台建立了系统的动态仿真模型，并结合精河县典型气象年数据对系统运行特性进行分析，提出了基于光照阈值的双模式运行策略：即晴天模式下由太阳能集热器独立供热，阴天或辐照不足时启动空气源热泵进行辅助加热。以系统费用年值最小化为优化目标，利用Genopt优化算法，对集热器面积、热泵额定制热量及集热器倾角等关键参数进行多目标协同优化。仿真与优化结果表明，系统在最佳参数组合下表现出优异的性能。与优化前相比，系统费用年值降低了9.0%，初投资降低了11.0%，运行能效比提升至3.4。此外，该系统将枸杞干燥周期从传统方式的18~22 h缩短至12 h，显著提升了干燥效率。环境效益方面，与传统燃煤干燥相比，该系统实现了81.3%的CO₂减排量。提出的“光热优先-热泵互补”动态协同机制及优化后的系统参数，有效克服了太阳能的间歇性缺陷，降低了运行成本与碳排放。该技术方案为西北地区农产品干燥装备的绿色升级提供了可靠的理论依据和具有实践推广价值的技术路径。

储能与调峰技术

面向工业余热回收的150 ℃高温耦合热泵性能研究

孙健, 刘敏慧, 胡芸蓉, 薛健豪, 胡志武, 杜小泽

2026, 48(6):  68-81.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.006

摘要 ( 53 )   HTML ( 2 )   PDF (2007KB) ( 17 )  

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针对现有耦合热泵缺少适配150 ℃供热工况的工质优选、热力及经济性综合分析的短板，提出了一种150 ℃压缩-吸收耦合高温热泵机组，以实现低品位余热高效提质，降低工业高温供热能耗与运行成本。基于稳态热力学方法建立系统数学模型，对高压侧单工质和低压侧二元混合工质进行筛选，分析蒸发-冷凝器温度、制热温度、余热出口温度及水蒸气压缩机压比对机组热力性能的影响，并进行经济性对比。结果表明：高压侧优选工质为反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯；低压侧优选混合工质为正戊烷（R601）/顺式-1，3，3，3-四氟丙烯，R601最佳摩尔分数为0.69，系统性能系数（COP）为5.16；蒸发-冷凝器温度由85 ℃升高至95 ℃时，COP由2.16降至2.02，制热量由739.29 kW增至761.26 kW；制热温度由140 ℃升高至160 ℃时，COP由2.22降至1.97，制热量由727.00 kW增至774.95 kW；余热出口温度由40 ℃升高至50 ℃时，COP由1.91升至2.14，而制热量由1 314.83 kW降至617.46 kW；水蒸气压缩机压比由1.20升高至1.70时，COP由2.14降至2.06，溴化锂浓溶液质量分数由54.16%升至58.02%，循环倍率由6.56降至4.79。在相同供热量条件下，耦合热泵系统小时运行成本分别较燃气锅炉和电锅炉降低55.6%和72.8%。研究表明，该耦合热泵机组兼具良好的热力性能与经济性，在工业中低温余热深度回收及高温供热替代方面具有较好的应用前景。

考虑网络动态特性的热-电-气综合能源系统仿真与优化调度

王瑾, 邱勇, 张瑞芳, 刘玉辉, 邵进涛

2026, 48(6):  82-91.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.007

摘要 ( 58 )   HTML ( 2 )   PDF (2394KB) ( 14 )  

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针对综合能源系统（IES）中热网传输延迟极易引发供需错配与能效损耗、制约系统稳定运行的问题，提出了一种能够精准刻画网络动态特性并有效优化调度策略的方法，以提升系统运行的经济性与稳定性。建立了一种考虑网络动态特性的两阶段优化调度框架：首先，基于Modelica语言构建含网络动态特性的多能耦合模型，统一求解管网偏微分方程与节点代数方程，精确描述能源传输的时空耦合关系；其次，设计了“运行决策-模拟评估”的两阶段优化机制，利用动态模型优化热源日前输出策略，并引入“热功率失衡率”量化热力学过程影响，对调度策略进行反馈修正。基于搭建的热-电-气IES模型进行仿真验证，结果表明：与传统静态调度策略（C-OS）相比，提出的两阶段优化调度机制（HTD-TSOS）将热功率失衡率从9.58%降至0.97%，有效抑制了用户端温度波动，提升了供热品质；同时，系统日运行成本降低了约1.04万元，经济效益显著。调度结果对比显示，考虑热传输延迟对热电联产机组的出力计划影响较大，但对电池储能设备的影响相对较小。该方法IES优化调度与网络动态特性分析整合于统一框架，突破了两者割裂研究的局限。所提出的HTD-TSOS机制能显著缓解热传输延迟引发的供需失衡问题，在提升用户热舒适度的同时降低了系统运行成本，为IES的优化运行、高效调控及科学管理提供了切实可行的解决方案，对推动IES的规模化应用具有重要参考价值。

基于IBC的常压SOFC-GT系统构建及热力学分析

樊小朝, 周凯, 史瑞静, 张志豪

2026, 48(6):  92-104.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.008

摘要 ( 47 )   HTML ( 1 )   PDF (2447KB) ( 10 )  

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针对传统加压固体氧化物燃料电池-燃气轮机（SOFC-GT）混合发电系统需配置高压容器、密封结构复杂，常压固体氧化物燃料电池（SOFC）难以直接匹配常规布雷顿循环、余热利用率低、工业化应用受限的技术难题，以常压下高效回收SOFC高温尾气余热、简化系统设备构型为研究目的，依托倒置布雷顿循环（IBC）先膨胀后冷却压缩的循环特性，构建基于IBC的常压SOFC-GT混合发电系统，该系统由3个主要部分组成：燃料/空气预处理过程、IBC余热利用系统和SOFC模块。建立SOFC电化学模型，推导透平、压气机、换热器、后燃烧室等部件热力学方程，搭建以总输出功率、热效率、㶲效率为核心的评价体系；采用EBSILON软件完成系统仿真，结合温度梯度、防积碳水碳比、压缩机喘振裕度等约束确定额定工况，同时开展关键参数敏感性分析与全系统㶲平衡计算。基于EBSILON软件的热力学分析结果表明，在给定工况下，SOFC交流发电效率为58.78%，IBC余热利用系统净输出功率为33.53 kW，系统的有效能效率达60.84%，总输出效率达72.86%。结果证明，该系统无需压力容器与复杂密封，大幅降低设备成本与运维难度，发电性能显著优于传统常压耦合方案。虽然各类不可逆过程造成较大㶲损耗，系统㶲利用仍有优化空间，但72.86%的总效率充分验证了基于IBC的SOFC-GT混合发电系统的优越性能。

基于风光气互补的综合能源系统典型日性能分析

许娟, 李超, 翟融融

2026, 48(6):  105-114.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.009

摘要 ( 71 )   HTML ( 1 )   PDF (1928KB) ( 24 )  

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针对现有风光气综合能源系统（IES）研究缺乏系统性分时运行策略及统一量化评价框架的问题，通过构建包含风电、光伏、燃料电池的IES模型，提出一种能够适应不同季节负荷特性的优化运行策略，以提升系统的经济性、环保性和能源利用效率。首先，利用Matlab软件搭建了风光气互补的IES数学模型，并建立了涵盖热力性能（能耗）、经济性能（运行费用）及环保性能（CO₂排放）的三维综合性能评价指标。其次，以甘肃某工业园区为研究对象，选取旺季、过渡季及淡季的典型日，对比分析了“电跟随”与“热跟随”两种运行模式下的系统性能。最后，深入探讨了电制冷负荷分配系数（β）在不同运行模式下对系统能耗的影响规律。仿真结果表明，系统运行策略具有显著的季节依赖性。在旺季与过渡季，电跟随运行模式在能耗、运行费用及CO₂排放方面均优于热跟随模式。旺季时电跟随模式的能耗峰值（114.7 MW）显著低于热跟随模式（175.0 MW），且CO₂排放最大值减少了约38.6%。在淡季，系统呈现出明显的时段特征：10：00 —18：00，热跟随运行模式在经济性和能耗上表现更优；而其他时段选取电跟随运行模式更具优势。此外，参数分析显示：在电跟随模式下，随着电制冷负荷分配系数β的增大，系统能耗呈线性趋势且变化平缓；而在热跟随运行模式下，随着β的增大，能耗总体随之逐渐增大。研究结果证实了单一运行模式无法适应IES全年的负荷变化，采用分时段的混合运行策略是实现系统最优运行的关键。具体而言，旺季与过渡季应全程采用电跟随模式，淡季则应采取“分时段切换”策略。该策略不仅能有效降低系统运行成本，还能显著减少碳排放；同时，电跟随模式对电制冷负荷分配系数的变化具有更好的鲁棒性，为同类系统的参数设定与优化调度提供了理论依据。