工业废渣变储热材料！新型复合储热技术将助力“零碳供热”落地应用

北京近日发布的《北京市“十四五”时期国际科技创新中心建设规划》，以丰富的应用场景设置、密集的制度创新，谋划出北京“十四五”时期的科技创新生态。记者了解到，“零碳智慧供热”、“零碳建筑”等一批绿色技术应用场景将在北京落地，这些应用场景需要高效率、低成本的储热技术作为支撑。近年来，中国科学院过程工程研究所通过关键核心技术攻坚，形成了“复合储热技术及低碳节能系统”，目前已进入科研成果转化阶段。

“大型风电场经常会遇到一个问题，当某个时期风力很强的时候，产生的电能非常多，导致供给大于需求，多余的电能无法被有效利用，白白浪费掉了，成了‘弃风电’。如果用‘弃风电’制热，并储存起来，就可以在供热等场景中再次应用。这不仅减少了浪费，还能为供暖企业创造了额外收益。”中科院过程工程研究所资源化工研究部“储能过程与能源材料”课题组带头人黄云研究员介绍，近年来，储热技术越来越受关注，它可以有效支撑“零碳供热”、“零碳建筑”等应用场景，为实现碳达峰、碳中和目标提供科学技术解决方案。

记者了解到，就像电池可以充电、放电一样，储热系统可以储存、释放热量，但它的技术难度相比充电电池具有差异性。“因为电源电压等级通常是标准电压，但储热装置不同，面对的热源温度范围非常宽。比如，工业液态渣余热可以达到1000℃以上，而工业废水的温度只有几十摄氏度，不同集热技术也使光热系统热能温度产生差异。这对储热材料的性能提出了更高要求。”黄云介绍，储热温度、储热密度、储热成本成为制约储热技术发展的三大瓶颈。

分布式电站微能源系统（百千瓦级）

在研究过程中，课题组在储热材料的研发上下足了功夫。一方面，要提高储热材料的密度，从而减小储热装置的体积，节约占地面积。另一方面，要降低储热材料的成本，有利于实现商业推广。课题组把目光聚焦在工业废渣上。据介绍，我国工业废渣的年增存量大，但是利用率低，亟需开发处理新途径。通过实验研究，工业废渣通常热稳定性好，用于合成储热材料，可以实现废物利用，同时材料成本也能大幅下降，是定型复合材料的理想载体选择。

此外，课题组还开展了多项关键核心技术攻坚，包括复合相变储热材料定型微封装、储热单元多尺度传热强化、储热系统集成与动态优化等，形成了领域先进的复合储热技术体系。目前已在鞍钢集团、国网辽宁公司等大型企业试点应用。鞍钢实验室加热炉余热回收率达到65%以上；国网辽宁公司利用“弃风电”制热、储热，再应用于供暖，最大日收益7.2万元/天。

余热综合利用示范系统（兆瓦级）

记者了解到，该课题项目已参加“2021 CAS概念验证计划”。在中科智汇工场技术经理人的帮助下，加速将中国科学院过程工程研究所的原型技术转化为成熟的产业技术。据悉，中科智汇工场已经为课题组匹配了专属技术经理人，提供知识产权与法律顾问、“CAS空间”入驻办公、产业资源与地方市场资源对接等服务，进一步支持项目开展原型开发、市场价值验证和商业模式设计等工作，对中国科学院早期项目提供全方位支持，着力突破科研成果转化率偏低的瓶颈。