一种基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料及其制备方法与应用技术

技术编号：44490488 阅读：0 留言：0更新日期：2025-03-04 17:55

本发明专利技术中通过将相变材料包裹于高分子聚乙烯材料中，获得了相变储能微胶囊，该相变储能微胶囊可以作为混凝土材料的粗骨料，与水泥、骨料、纳米硅以及水配合形成基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料。将水泥基材料与相变材料相结合，构建具备蓄热以及蓄冷的混凝土材料。相变材料在相变的过程中，实现蓄热以及放热、蓄冷以及释冷，解决了因为季节变化，能源需求的差异。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤电调峰，具体涉及一种基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料及其制备方法与应用。

技术介绍

1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、近年来，随着新能源装机容量的快速增长，新能源的消纳问题成为电力系统亟需解决的关键。风电、光伏等新能源发电受气候条件影响，具有间歇性和波动性特征，其大规模并网给电网的稳定运行带来了挑战。为保障电力系统的安全与经济性，煤电作为电网调节的主力资源，在调峰过程中发挥着不可或缺的重要作用。因此，进一步挖掘煤电机组的调峰潜力，提升电网对新能源的消纳能力，具有重要的实际意义。

3、煤电深度调峰要求机组将负荷降低至30％及以下，然而，在低负荷运行条件下，锅炉燃烧稳定性和机组热效率显著下降，为解决这一问题，传统方法通常采用电极锅炉或熔盐储热技术，将多余能量以热能形式储存，以减少发电量。然而，这种方式在储热热量返回系统时能量利用率偏低，难以充分发挥储热系统的经济性。如果储热能量用于工业供气，又可能因供气需求波动而难以实现及时消纳，进一步增加了电厂调峰压力。因此，如何优化储能利用效率，提升煤电深度调峰能力，成为当前需要重点研究和攻克的难题。同时，当前的储能技术多侧重于储热，但在实际应用中，由于季节的变化，能源需求存在显著差异：冬季需要供热，而夏季则需要供冷。如何有效地回收和利用这些能量，尤其是在应对不同季节需求时，成为提升能源利用率和实现可持续发展的关键课题。</p>

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本专利技术提供了一种基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料及其制备方法与应用。

2、为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：

3、本专利技术的第一个方面，提供了一种基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料，按照重量百分数记，包括以下各组份：

4、水泥30％～40％、细骨料30％～50％、相变储能微胶囊15％～20％、纳米硅0％～5％，余量为水。

5、在一种或多种实施方式中，所述水泥选自普通硅酸盐水泥(opc)或波特兰火山灰水泥(ppc)中的一种。

6、在一种或多种实施方式中，所述细骨料为粒径小于300μm的人工砂。

7、在一种或多种实施方式中，所述相变储能微胶囊的粒径为1.0～1.5cm。

8、在一种或多种实施方式中，所述相变储能微胶囊为一种核壳结构的固体颗粒，其壳层为聚乙烯，其核芯为相变材料。

9、优选地，所述相变材料为辛酸-壬酸复合二元相变材料，其中辛酸摩尔分数为0.8～0.83，优选为0.814。

10、在一种或多种实施方式中，所述纳米硅的粒径为10～100nm。

11、纳米硅因其较大的比表面积，能够在水泥基体中与水化产物(如c-s-h凝胶)发生反应，生成更为致密的结构，显著提升水泥的强度和密实性。

12、在一种或多种实施方式中，基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料包括减水剂。

13、优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

14、本专利技术的第二个方面，提供第一方面所述的基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料的制备方法，包括：

15、(1)将水泥与细骨料进行混合，后加入水，混合均匀后，获得第一混合浆体；

16、(2)向第一混合浆体中加入相变储能微胶囊以及纳米硅，混合均匀后，形成基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料；

17、(3)将基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料倒入模具中，成型养护。

18、在一种或多种实施方式中，向第一混合浆体中加入相变储能微胶囊、纳米硅以及减水剂，混合均匀后，形成基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料。

19、本专利技术的第三个方面，提供一种电厂蓄热蓄冷发电调峰系统，包括：机组调峰控制单元、火力发电机组以及蓄冷蓄热一体化单元；

20、所述火力发电机组通过抽汽管道与第一换热器的第一入口相连接，第一换热器的第一出口与第一阀门相连接，所述第一阀门设置有两个出口，包括a出口以及b出口，a出口通过第一管道与蓄冷蓄热一体化单元的第一入口相连接，b出口通过第二管道与蓄冷蓄热一体化单元的第二入口相连接，所述第二管道上设置有第一热泵；

21、所述蓄冷蓄热一体化单元为蓄冷蓄热本体，所述蓄冷蓄热本体为第一方面所述的基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料；

22、所述机组调峰调频控制单元分别与第一阀门以及第一热泵电连接。

23、在一种或多种实施方式中，第一换热器的第二出口与回冷器相连接。

24、在一种或多种实施方式中，所述蓄冷蓄热一体化单元通过第三管道与第二换热器的第一入口相连接，第二换热器的第一出口通过第四管道与第二阀门相连接。

25、优选的，第二换热器的第二入口与进水管相连接，第二换热器的第二出口与用户侧水管相连接。

26、优选地，所述第二阀门设置有c出口、d出口以及入口，所述入口与第四管道相连接，所述c出口与第一换热器的第二入口相连接，所述d出口与第二管道相连接。

27、优选地，所述第四管道上设置有第二热泵。

28、本专利技术的第四个方面，提供一种电厂蓄热蓄冷发电调峰方法，包括：

29、基于新能源并网容量，获取调峰指令；所述调峰指令包括低负荷调峰和满负荷调峰；

30、当获取低负荷调峰时，利用基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料执行蓄热或者蓄冷；

31、当获取满负荷调峰时，利用基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料执行放热或者释冷。

32、在一种或多种实施方式中，基于新能源并网容量，获取调峰指令的方法包括：

33、当新能源并网超过设定值时，获取低负荷调峰指令；

34、当新能源并网低于设定值时，获取满负荷调峰指令。

35、在一种或多种实施方式中，当获取低负荷调峰时，利用基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料执行蓄热的方法包括：

36、将高温蒸汽抽汽后，在第一换热器处与工质发生热交换，加热的工质进入到蓄冷蓄热一体化混凝土材料中，蓄冷蓄热一体化混凝土材料进行蓄热。

37、在一种或多种实施方式中，当获取低负荷调峰时，利用基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料执行蓄冷的方法包括：

38、将高温蒸汽抽汽后，在第一换热器处与工质发生热交换，加热的工质在第一热泵处通过压缩制冷循环将热工质变成冷工质，冷工质进入到蓄冷蓄热一体化混凝土材料中，蓄冷蓄热一体化混凝土材料进行蓄冷。

39、在一种或多种实施方式中，当获取满负荷调峰时，利用基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料执行放热的方法包括：

40、蓄热后的蓄冷蓄热一体化混凝土材料加热工质，加热的工质通过第二换热器换热后，进入到用户侧水管中供给用户侧。

41、在一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料，其特征在于，按照重量百分数记，包括以下各组份：

2.如权利要求1所述的基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料，其特征在于，所述水泥选自普通硅酸盐水泥(OPC)或波特兰火山灰水泥(PPC)中的一种；

3.如权利要求1或2所述的基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括：

4.一种电厂蓄热蓄冷发电调峰系统，其特征在于，包括：机组调峰控制单元、火力发电机组以及蓄冷蓄热一体化单元；

5.如权利要求4所述的电厂蓄热蓄冷发电调峰系统，其特征在于，第一换热器的第二出口与回冷器相连接；

6.如权利要求6所述的电厂蓄热蓄冷发电调峰系统，其特征在于，第二换热器的第二入口与进水管相连接，第二换热器的第二出口与用户侧水管相连接；

7.一种电厂蓄热蓄冷发电调峰方法，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的电厂蓄热蓄冷发电调峰方法，其特征在于，基于新能源并网容量，获取调峰指令的方法包括：

9.如权利要求7所述的电厂蓄热蓄冷发电调峰方法，其特

10.如权利要求7所述的电厂蓄热蓄冷发电调峰方法，其特征在于，当获取满负荷调峰时，利用基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料执行放热的方法包括：

...

【技术特征摘要】

1.一种基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料，其特征在于，按照重量百分数记，包括以下各组份：

2.如权利要求1所述的基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料，其特征在于，所述水泥选自普通硅酸盐水泥(opc)或波特兰火山灰水泥(ppc)中的一种；

3.如权利要求1或2所述的基于相变材料的蓄冷蓄热一体化混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括：

4.一种电厂蓄热蓄冷发电调峰系统，其特征在于，包括：机组调峰控制单元、火力发电机组以及蓄冷蓄热一体化单元；

5.如权利要求4所述的电厂蓄热蓄冷发电调峰系统，其特征在于，第一换热器的第二出口与回冷器相连接；

6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利孟，郑志杰，张都清，石岩，董信光，赵中华，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：

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