Progresso na pesquisa da tecnologia de armazenamento térmico de partículas sólidas por aquecimento elétrico

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摘要

【Objetivo】 No contexto do "pico de carbono" e da "neutralidade de carbono", a capacidade instalada de energia renovável na China continua crescendo, mas suas características intermitentes e voláteis impõem requisitos mais elevados à capacidade de armazenamento de energia de longo prazo do sistema elétrico e ao desempenho de flexibilidade de regulação da carga. A tecnologia de armazenamento térmico de partículas sólidas em alta temperatura por aquecimento elétrico tem recebido ampla atenção na indústria, devido às suas vantagens, como alta temperatura de aquecimento, ampla faixa de temperatura de armazenamento, baixo custo de materiais, boa estabilidade térmica do meio, sistema ambientalmente amigável e destacado potencial de acoplamento com sistemas de novas energias e unidades de carvão. Para esclarecer o status atual do desenvolvimento desta tecnologia, principais gargalos e direções futuras de pesquisa, este artigo sistematiza e revisa o progresso da pesquisa. 【Análise】 Este artigo foca em dois métodos típicos, aquecimento resistivo e aquecimento por indução, organizando sistematicamente seus princípios básicos, características de transferência de calor, materiais de partículas adequados e parâmetros centrais de dispositivos representativos; destaca a comparação entre três técnicas (aquecimento resistivo indireto, aquecimento resistivo direto e aquecimento por indução) em termos de eficiência de conversão eletrotérmica, uniformidade de temperatura, complexidade do equipamento, compatibilidade dos materiais e viabilidade de ampliação em engenharia; resume cenários de aplicação e características técnicas de dispositivos típicos como tubos, placas, leito fluidizado e leito móvel; analisa ainda mecanismos de transferência de calor em fluxo de partículas de alta temperatura, otimização da eficiência do aquecimento elétrico, estabilidade térmica dos materiais das partículas, controle do custo do ciclo de vida total do sistema e questões-chave na operação acoplada com unidades a carvão. Pesquisas existentes indicam que a tecnologia de aquecimento resistivo é madura e possui estrutura relativamente simples, com boa viabilidade de implementação em sistemas de armazenamento térmico granular em grande escala; o aquecimento por indução tem vantagens significativas como não contato, rápida resposta e alta adaptação a altas temperaturas, mas enfrenta desafios técnicos atuais como baixa eficiência de conversão eletromagnética, alto custo de equipamentos, dificuldade no resfriamento da bobina e limitações na escolha de materiais. 【Conclusão】 Em resumo, a tecnologia de armazenamento térmico de partículas sólidas em alta temperatura por aquecimento elétrico é um caminho tecnológico potencial importante para suportar a alta penetração de novas energias e a transformação flexível de usinas a carvão. Pesquisas futuras devem focar nos mecanismos de fluxo e troca térmica multidisciplinar de partículas em alta temperatura, desenvolvimento de materiais granulares de baixo custo e alto desempenho, dispositivos modulares de aquecimento elétrico, tecnologias eficazes de isolamento e controle de perdas térmicas, bem como estratégias colaborativas de controle em múltiplas etapas para sistemas de armazenamento, acelerando a aplicação em escala, industrial e comercial desta tecnologia.

关键词

aquecimento elétrico; armazenamento térmico de partículas sólidas; aquecimento resistivo; aquecimento por indução

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