实现目标的两条路
通过轻松局部蓄热,例如组合使用家用空调和蓄热材料,利用夜间电力蓄热的话,有望大幅节电,而且有助于耗电量的平均化。利用夜间电力制冰或烧水,用于白天的冷气和暖气的技术已经实现实用化。据估算,如果热泵蓄热中心利用夜间蓄热,能把白天的最大用电量削减2成。
工业用途的蓄热材料大多利用潜热蓄热材料。潜热蓄热材料是指,从液体变为固体,或从固体变为液体时,能存储或释放热能的物质。例如,把满满一桶水放在零下30℃的温度下,水会逐渐结冰。但在完全冻住之前,桶中的水温为0℃。也就是说,水会持续释放0℃的热能。反之,把满满一桶冰放在零上30℃的温度下,在冰完全融化之前,桶内的水温也保持在0℃。水处于持续吸热(蓄热)的状态。
已经实用化的潜热蓄热材料除了水以外还有很多。例如,氯化钙水和物、硫酸钠水和物、醋酸钠水和物等无机水和物,以及石蜡等有机物化合物。不过,蓄热密度都跟水差不多。从身边的例子来看,已用于制冷剂、冰枕、蓄冷装置等。
那么,蓄热密度为1000kJ/kg的蓄热技术能否实现?业界以前就设想过热量短缺的情况,虽然很多研究机构早就自行展开了研究,但直到目前好像还都没开发出能实现实用化的技术。
实现1000kJ/kg的蓄热密度有两条路可走。一是利用现有蓄热材料,进一步提高其蓄热特性。二是开发新的蓄热材料。
关于前者,即提高现有蓄热材料特性的方法,目前正在进行多方面的研究。例如,德国研究机构弗劳恩霍夫研究所(FraunhoferInstitute)正与德国ZeoSys公司共同开发组合使用沸石和水的蓄热技术。现在主要设想把发电设施排放的热作为水存储在水罐中的用途。与只使用水相比,利用沸石能存储3~4倍的热。这意味着蓄热容器的尺寸能削减至只使用水时的1/4左右。沸石是拥有巨大表面积的多孔性矿石。1g沸石颗粒的表面积达到1000m2。沸石颗粒利用巨大的表面积强力吸附水蒸气。水蒸气通过物化反应变成水时失去的热移动到了沸石中,而沸石的温度不会像只使用水时那样上升。由此,应该容易长时间蓄热。
虽然基本原理以前就广为人知,但并没有实际作为蓄热技术应用的例子。研究团队最初利用1.5L(升)和15L容器验证了蓄热工艺的可能性。现在正以750L的规模实施削减成本的实验。该技术能长时间保存能量,经过几千次循环也没发现劣化,而且不排放有害物质,这些优点被寄予厚望。