张 丽

中国矿业大学电气与动力工程学院

摘要(Abstract)：

相变储能依靠相变材料固-液相变潜热实现高密度热能存储，是可再生能源消纳、工业余热跨时段利用的核心储能技术，但充放热全过程存在大量热力学不可逆损失，直接压缩系统㶲效率与往返储能效率。传统平衡态热力学仅给出可逆过程理想效率上限，无法刻画有限传热速率、有限充放时间约束下的实际性能边界。本文从熵产与㶲损失热力学本质出发，系统拆解有限温差传热、相变材料低导热诱发内部温度梯度、相变体积收缩缩孔三类核心不可逆损失来源；引入有限时间热力学理论框架，区分经典可逆热力学极限与工程实际效率落差，推导有限速率约束下相变储能系统最大功率对应的效率边界，厘清功率与效率固有权衡关系；构建材料物性、系统结构、运行工况多因素耦合作用机制，定量分析各参数对效率边界位置的调控规律，明确边界偏离带来的能耗、储能密度工程代价；结合太阳能光热、工业余热相变储能示范装置实测数据验证理论结论，总结当前不可逆损失调控存在的导热强化改性成本高、有限时间多目标优化模型工程适配不足、相变循环不可逆累积机理认知薄弱等瓶颈，从高导热复合相变材料、多梯级相变匹配、动态分时运行策略、有限时间多目标协同优化四方面提出边界调控路径。研究可为相变储能装置热力学性能极限预判、系统结构优化、充放热工况智能调控提供完整理论支撑与量化分析范式。

关键词(KeyWords)：相变储能；不可逆损失；㶲损失；有限时间热力学；效率边界；熵产；功率-效率权衡；梯级相变

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