太阳能热发电用无机复合储热材料的制备及其性能研究

能源问题是世界和中国经济社会发展面临的最严重的问题之一，常规能源的紧缺以及由此带来的环境污染问题，直接影响到未来人类可持续发展战略的实施进程。近年来，世界各国均在开发新能源。太阳能作为一种无公害、储量无穷的自然能源，引起了人们的广泛关注。太阳能热发电已成为人们研究的焦点，但太阳能具有间歇不稳定的特点。目前应用太阳能热发电中一个难点就是热量的储存，以备在无阳光直接照射的条件下进行热发电。 目前使用较为广泛的储热材料为熔融盐相变材料，但它有一个致命的缺点就是其对热交换管道和储热容器有着极强的腐蚀性。本实验将借鉴耐火浇注料的制备经验，制备出对热交换管道无腐蚀性的混凝土储热材料。本文具体工作内容如下： 1．借鉴耐火浇注料的制备经验，采用耐高温的铝酸盐水泥作为储热材料的胶凝材料，使用比热容高的玄武岩和工业废弃铜矿渣作为骨料，采用一定量的活性微粉替代部分胶凝材料，使用蓝晶石粉作为膨胀剂来制备储热混凝土材料；通过向其中添加热导率高的石墨粉来增加储热材料的导热性能； 2．研究了储热材料的抗压、抗折性能，并确定其最佳配合比及制备工艺制度；研究了储热材料强度随着石墨粉含量变化而变化的规律并分析了原因；实验表明：随着石墨粉含量的增加，材料的强度显著下降； 3．研究了储热材料的膨胀性、比热容及热导率等热学性能，实验表明：随着温度的升高，储热混凝土体积收缩逐渐增大，温度越高，体积收缩率越大；储热材料的比热容也随着温度的升高而增大，通过研究得出储热材料的最佳工作温度范围；材料的热导率随着石墨粉含量的增加而增大，并分析了储热材料热导率增大的原因； 4．通过实验数据计算出储热材料的理论导热系数，并与实验测试数据进行比较，其理论数据与实测数据间误差不超过5％，计算得出石墨粉含量为5％时储热材料的导热系数为2.345w／(m·k)。 通过实验研究得出，耐高温改性混凝土是一种较为理想的太阳能热发电储热材料。