熱儲冷技術具有規模大、成本低、壽命長等優點，在電力、建筑、工業等領域得到廣泛應用。根據存儲方式不同，儲熱儲冷技術可分為顯熱、潛熱和熱化學儲熱三類。2021年，我國學者在儲熱材料物性調控機理、儲熱換熱特性與強化、儲熱材料制備技術、系統控制與優化技術、系統集成示范等方面，取得了重要進展。

1、基礎研究

在儲熱材料物性調控及其機理方面，形成從量子力學到牛頓力學，從納米尺度到宏觀的多尺度研究手段。基于第一性原理對物質電子和晶格的熱運動規律進行研究，得到材料物性的調控方法；采用分子動力學對物質原子體系行為進行研究，得到物質的微觀熱物性機理，尤其是揭示了熱化學儲熱的核殼結構。在溫度對能壘的作用，材料原子間相互作用，熱作用下晶格振動和電子運動規律等的研究方面取得了較大進展。研究了新工質和維持多孔物理吸附材料反應活性和吸附循環熱穩定性的方法；利用相圖理論發展了低熔點高分解溫度混合熔鹽的設計方法。

儲熱換熱特性與機理方面，在相變材料中添加一維到三維的納米尺度高導熱材料，形成熱輸運通道和增加聲子傳輸能力。Tian等開展了利用莫里定律的仿生儲熱換熱研究；Yao等基于拓撲優化方法獲得儲熱換熱器新結構；Yu等研發了熔鹽納米流體的比熱容提升和對流傳熱強化特性，熔鹽納米流體的比熱容提升和對流傳熱強化機理等；Lin等研究了新型噴淋式填充床內滲流流動及儲熱特性；文獻[64-66]研究了多種水合鹽類、糖醇類和石蠟類儲釋熱性能，并且開展多種復合強化、微膠囊化、翅片增強等方法研究；Chen等研究了相變材料儲釋熱過程體積變化產生的縮孔縮松特征及其影響。Feng等在吸附式儲熱儲冷方面、新工質和維持多孔物理吸附材料反應活性、吸附循環熱穩定性等方面有較多研究。

2、關鍵技術

在儲熱儲冷材料制備技術方面，基于碳化硅、黑剛玉與高嶺土等材料研制出可在1100℃條件下安全使用的儲熱陶瓷顆粒材料；在熔鹽儲熱材料方面，重點開展了低熔點二元熔鹽、低熔點高溫三元熔鹽體系研究。Guo等研發了堿金屬和堿土金屬的氯化物熔鹽體系，實現了700℃下氯化物熔鹽對316不銹鋼的腐蝕速率低于205.37μm/年；還開展了復合相變、定形相變和仿生相變儲熱材料研究，提出了基于納米顆粒、多孔仿生陶瓷、共晶鹽體系的比熱容和熱導率協同提升方法，導熱系數可達116 W/(mK)[71]；在太陽能熱化學儲熱方面，韓翔宇等開展了Co3O4/CoO等金屬氧化物反應物體系和鈣基熱化學儲熱的動力學研究；Liu等實現了太陽能直接驅動光熱轉換與熱化學儲熱一體化。

在儲熱儲冷裝置設計技術方面，賀明飛等研究了大容量長周期跨季節儲熱，進行了蓄熱水體承重浮頂熱力耦合特性和逆斜溫層控制技術研究；Guo等研究了土壤跨季節儲熱的傳蓄熱機理和結構參數；Zhu等和Liu等研究了換熱器、熱管等相變儲冷儲熱強化技術，Chen等開展了高效動態冰漿蓄冷換熱性能研究與性能優化等。

在系統控制與優化方面，研究人員開展了儲熱儲冷應用于太陽能熱發電、火電調峰、風電消納、分布式能源系統等領域的能源系統設計、參數優化和運行調控策略等方面研究；張涵等研究了熱泵儲電、卡諾電池等以熱能和冷能存儲電能的新型儲能系統；林釀志等和徐德厚等開展了基于水體和土壤等方式的大容量長周期跨季節儲熱研究，建立了考慮技術經濟性的儲熱供熱系統性能分析方法。

3、集成示范

在儲熱集成示范方面，2021年度在敦煌建成了采用熔鹽儲熱的50 MW線性菲涅爾式太陽能熱發電站，熱熔鹽溫度550℃，冷熔鹽溫度290℃，熔鹽儲熱可發電750 MW·h；在新疆哈密建成了50 MW熔鹽塔式光熱發電，采用熔鹽儲熱可實現12 h連續發電；在河北黃帝城建成1.06萬m3水體儲熱的太陽能儲熱采暖項目，在北京建立了50 kW/500 kW·h中低溫熱化學儲熱中試系統；在張家口建成100 MW亞臨界水蓄熱子系統應用于100 MW先進壓縮空氣儲能系統；在張家口應用水合鹽相變材料實現為冬奧會轉播中心供暖。江蘇金合公司己實現中高溫復合相變材料及其系統技術(450～750℃)的規模化應用。

在儲冷集成示范方面，在北京環球影城建成三聯供系統耦合冰蓄冷系統，每年冰蓄冷系統“移峰填谷”的電量可達630萬kW·h；北京用友軟件園采用冰儲冷技術，為18.5萬m2建筑供熱供冷；相變儲冷材料、裝備和系統研究進展迅速，基于相變材料的冷鏈運輸技術已獲得應用。

注：本文摘自《儲能科學與技術》期刊，由王志峰、王亮、張雪松撰寫。