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本文亮點(diǎn)：本文基于近三萬(wàn)篇文獻(xiàn)的系統(tǒng)性綜述與科學(xué)計(jì)量分析，構(gòu)建了“材料—系統(tǒng)—應(yīng)用”三層儲(chǔ)熱知識(shí)體系，分析了應(yīng)用場(chǎng)景，揭示了以熱化學(xué)儲(chǔ)熱、鈣循環(huán)為代表的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，以及MXene智能材料、綜合能源系統(tǒng)集成和機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化等前沿方向。研究針對(duì)規(guī)?；瘧?yīng)用瓶頸提出系統(tǒng)性解決方案，為儲(chǔ)熱技術(shù)未來(lái)發(fā)展提供路徑參考。
摘 要 儲(chǔ)熱技術(shù)通過(guò)解決熱能供需在時(shí)間、空間及強(qiáng)度上的不匹配問(wèn)題，已成為提高能源系統(tǒng)靈活性和可再生能源消納能力的關(guān)鍵?；趯?duì)近三萬(wàn)篇文獻(xiàn)的系統(tǒng)性綜述與科學(xué)知識(shí)圖譜分析，梳理了儲(chǔ)熱領(lǐng)域的研究進(jìn)展、應(yīng)用脈絡(luò)與發(fā)展趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)熱技術(shù)領(lǐng)域研究規(guī)模持續(xù)快速增長(zhǎng)，已形成“材料—系統(tǒng)—應(yīng)用”多層遞進(jìn)的知識(shí)體系，呈現(xiàn)出以中國(guó)、美國(guó)和歐洲為主導(dǎo)的差異化布局。研究前沿圍繞高性能、智能化和系統(tǒng)融合展開(kāi)，重點(diǎn)聚焦以熱化學(xué)儲(chǔ)熱、鈣循環(huán)為代表的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，以MXene基復(fù)合材料、磁場(chǎng)調(diào)控為代表的智能響應(yīng)材料，以綜合能源系統(tǒng)、卡諾電池為核心的多能耦合集成，以及機(jī)器學(xué)習(xí)賦能的儲(chǔ)熱全鏈條優(yōu)化。為推動(dòng)儲(chǔ)熱技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用，亟需在材料、系統(tǒng)與市場(chǎng)層面協(xié)同創(chuàng)新，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，以支撐未來(lái)能源系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。
關(guān)鍵詞 儲(chǔ)熱；顯熱儲(chǔ)熱；潛熱儲(chǔ)熱；熱化學(xué)儲(chǔ)熱；科學(xué)知識(shí)圖譜
在全球能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳轉(zhuǎn)型與碳中和目標(biāo)深入推進(jìn)的背景下，儲(chǔ)熱(TES)技術(shù)作為一種高效、靈活的能源時(shí)空調(diào)節(jié)手段，正日益展現(xiàn)出其重要的戰(zhàn)略價(jià)值。該技術(shù)以儲(chǔ)熱材料為媒介，將太陽(yáng)能光熱、工業(yè)余熱、低品位廢熱等熱能加以儲(chǔ)存，并在需求時(shí)段釋放，從而有效解決能源供給與需求在時(shí)間、空間和強(qiáng)度上的不匹配問(wèn)題。儲(chǔ)熱能夠顯著提高能源綜合利用效率，促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)與消納，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與靈活性，并在工業(yè)節(jié)能、建筑供暖與制冷、電網(wǎng)調(diào)峰及區(qū)域能源系統(tǒng)構(gòu)建等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮著核心支撐作用，是推動(dòng)能源體系清潔化、低碳化和智能化進(jìn)程中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。
為系統(tǒng)梳理儲(chǔ)熱技術(shù)的研究脈絡(luò)與發(fā)展趨勢(shì)，本文采用BERTopic主題模型與科學(xué)知識(shí)圖譜相結(jié)合的方法，對(duì)儲(chǔ)熱技術(shù)在建筑、工業(yè)、電力等多場(chǎng)景中的應(yīng)用路徑展開(kāi)分析。該組合方法融合了BERTopic模型的結(jié)構(gòu)化主題聚類優(yōu)勢(shì)與科學(xué)知識(shí)圖譜的演進(jìn)脈絡(luò)可視化能力，實(shí)現(xiàn)了從宏觀趨勢(shì)到微觀主題的挖掘，有效規(guī)避了傳統(tǒng)綜述的主觀性局限。研究基于Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)，圍繞儲(chǔ)熱技術(shù)、材料及場(chǎng)景等關(guān)鍵詞構(gòu)建檢索式，于2025年11月20日完成檢索，經(jīng)數(shù)據(jù)清洗后得到29751篇有效文獻(xiàn)作為計(jì)量分析樣本。通過(guò)分析全球研究趨勢(shì)、主題分布與主要機(jī)構(gòu)布局，本文旨在總結(jié)材料創(chuàng)新、系統(tǒng)集成、多能耦合與智慧優(yōu)化等前沿方向，以期為儲(chǔ)熱技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用與可持續(xù)發(fā)展提供參考。
1 儲(chǔ)熱技術(shù)分類及應(yīng)用場(chǎng)景分析
儲(chǔ)熱技術(shù)依據(jù)儲(chǔ)能機(jī)制可分為顯熱儲(chǔ)熱(SHS)、潛熱儲(chǔ)熱(LHS)和熱化學(xué)儲(chǔ)熱(TCHS)三大類，如圖1所示。顯熱儲(chǔ)熱通過(guò)介質(zhì)溫度變化儲(chǔ)熱，成本低但儲(chǔ)能密度有限；潛熱儲(chǔ)熱依托相變材料的相變過(guò)程儲(chǔ)熱，儲(chǔ)能密度高、近似等溫，但導(dǎo)熱性能通常較差；熱化學(xué)儲(chǔ)熱基于可逆化學(xué)反應(yīng)，儲(chǔ)能密度最高、熱損失極小，適合長(zhǎng)期儲(chǔ)能，但技術(shù)復(fù)雜且成本較高。三類技術(shù)各具特點(diǎn)，構(gòu)成了儲(chǔ)熱技術(shù)體系的基礎(chǔ)，并在工業(yè)應(yīng)用前沿呈現(xiàn)出深度融合與創(chuàng)新態(tài)勢(shì)。例如，高溫熔鹽顯熱儲(chǔ)熱應(yīng)用于鋼鐵、化工等行業(yè)的余熱回收與綠電消納；復(fù)合相變材料的突破推動(dòng)潛熱儲(chǔ)熱在工業(yè)蒸汽供給和中溫場(chǎng)景中的規(guī)?；涞?；熱化學(xué)儲(chǔ)熱則在跨季節(jié)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能和工業(yè)高溫工藝電氣化脫碳中展現(xiàn)出巨大潛力。
圖1 儲(chǔ)熱技術(shù)的分類體系及其典型材料
Fig. 1 Classification of thermal energy storage technologies and their typical materials
從研究熱度與分布來(lái)看，儲(chǔ)熱技術(shù)已全面涵蓋能源、工業(yè)、建筑、交通、生活及特種環(huán)境等領(lǐng)域?；谡撐臄?shù)量的分析揭示了清晰的梯次分布格局(圖2)，其中電力系統(tǒng)與可再生能源領(lǐng)域的研究體量最大(12262篇)，而潛熱儲(chǔ)熱(5506篇)是主導(dǎo)技術(shù)路線，尤以聚光太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)景最為集中；建筑領(lǐng)域(8257篇)次之，研究聚焦于空間供暖/制冷的節(jié)能與舒適性需求，潛熱儲(chǔ)熱(4521篇)與顯熱儲(chǔ)熱(2373篇)并重發(fā)展；工業(yè)領(lǐng)域(4245篇)位居第三，以潛熱儲(chǔ)熱(2777篇)為重點(diǎn)，中低溫余熱回收(2187篇)當(dāng)前研究較多；交通、生活及特種環(huán)境等領(lǐng)域的論文數(shù)量相對(duì)較少，但覆蓋了電池?zé)峁芾?、智能紡織、食品冷鏈等眾多新興細(xì)分方向，展現(xiàn)出持續(xù)擴(kuò)展的應(yīng)用前景。
圖2 應(yīng)用場(chǎng)景—儲(chǔ)熱技術(shù)類型—具體應(yīng)用方向的層級(jí)論文數(shù)量分布
Fig. 2 Hierarchical distribution of the number of papers by application scenario, thermal energy storage technology type, and specific application direction
在具體技術(shù)路線和材料選擇上，不同應(yīng)用場(chǎng)景呈現(xiàn)出顯著的差異化特征，如表1所示。電力系統(tǒng)與可再生能源中，光熱發(fā)電主要采用熔鹽、混凝土等介質(zhì)的顯熱儲(chǔ)熱以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模能量緩存，光伏板冷卻則多選用有機(jī)相變材料的潛熱儲(chǔ)熱以提升效率，而熱化學(xué)儲(chǔ)熱憑借其高能量密度和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能能力，在卡諾電池、碳捕集等高溫或長(zhǎng)周期儲(chǔ)能場(chǎng)景中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。建筑領(lǐng)域，區(qū)域供熱與跨季節(jié)儲(chǔ)能依賴于地下土壤、水體等大型顯熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)，而空間溫控與生活熱水則更多采用相變材料等潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)，兩者常結(jié)合使用以構(gòu)建高效復(fù)合系統(tǒng)。工業(yè)余熱回收重點(diǎn)結(jié)合顯熱與潛熱技術(shù)處理中低溫廢熱，高溫過(guò)程熱管理則可能拓展至熱化學(xué)儲(chǔ)熱。在交通及新興生活領(lǐng)域，技術(shù)選型進(jìn)一步精細(xì)化，例如電池?zé)峁芾韮A向使用潛熱儲(chǔ)熱以保證溫度均勻性，車廂供暖則采用顯熱儲(chǔ)熱以降低能耗，智能紡織、醫(yī)療熱療等領(lǐng)域則根據(jù)特定溫控需求選用定制化的相變或熱化學(xué)材料。總體而言，實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)選型與組合，緊密圍繞特定場(chǎng)景的熱能規(guī)模、溫度區(qū)間、空間條件及經(jīng)濟(jì)性約束，旨在構(gòu)建多層次、高效率的熱能管理解決方案。
表1 儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景
Table 1 Application scenarios of thermal energy storage technologies
2 全球儲(chǔ)熱技術(shù)研究的主題分布
儲(chǔ)熱技術(shù)研究呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，其演進(jìn)歷程與全球能源轉(zhuǎn)型需求高度相關(guān)，可分為四個(gè)階段，如圖3所示。萌芽期(1999年以前)，年均發(fā)文量低于百篇，受早期能源危機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要聚焦于顯熱儲(chǔ)水等基礎(chǔ)理論研究；積累期(2000—2009年)，在可再生能源政策激勵(lì)下，年均發(fā)文量突破百篇，研究重心逐步轉(zhuǎn)向相變材料及系統(tǒng)初步集成；快速增長(zhǎng)期(2010—2019年)，光熱發(fā)電商業(yè)化推進(jìn)及重大科研計(jì)劃支持，年均發(fā)文量躍升至千篇規(guī)模，高溫儲(chǔ)熱與系統(tǒng)優(yōu)化成為研究熱點(diǎn)；爆發(fā)期(2020—2025年)，在全球碳中和目標(biāo)與長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求的雙重推動(dòng)下，年均發(fā)文量已逾兩千篇并保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。整體而言，該領(lǐng)域持續(xù)增長(zhǎng)，尤其在2010年后增長(zhǎng)斜率顯著上升，相關(guān)研究已從早期的基礎(chǔ)科學(xué)探索，逐步演進(jìn)為支撐可再生能源規(guī)?；⒕W(wǎng)和工業(yè)系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域。
圖3 儲(chǔ)熱技術(shù)研究論文的趨勢(shì)分析
Fig. 3 Trend analysis of research papers on thermal energy storage technologies
為系統(tǒng)梳理全球儲(chǔ)熱領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)與研究脈絡(luò)，本文采用BERTopic主題模型對(duì)相關(guān)論文摘要進(jìn)行挖掘，構(gòu)建了如圖4所示的主題圖。圖中每個(gè)點(diǎn)代表一篇論文，點(diǎn)的位置由UMAP算法依據(jù)文本相似性確定，點(diǎn)距越近則主題相關(guān)性越高，點(diǎn)距越遠(yuǎn)則主題差異越大，不同顏色代表由HDBSCAN聚類劃分的不同主題。分析顯示，各主題依其研究?jī)?nèi)容與關(guān)聯(lián)性，在主題圖中呈現(xiàn)出以“材料—系統(tǒng)—應(yīng)用”為主線的遞進(jìn)式知識(shí)體系。圖下方聚集了以材料研發(fā)為核心的基礎(chǔ)研究集群，圖中部則延伸至單元器件與系統(tǒng)集成層面，圖上方及外圍分布著面向不同場(chǎng)景的多元化應(yīng)用主題，這一空間布局直觀揭示了儲(chǔ)熱技術(shù)從基礎(chǔ)材料突破，經(jīng)系統(tǒng)技術(shù)支撐，最終走向場(chǎng)景落地的演進(jìn)路徑。
圖4 儲(chǔ)熱技術(shù)研究論文的主題圖分析
Fig. 4 Topic map analysis of research papers on thermal energy storage technologies
在核心材料研究集群(位于主題圖下方)，聚集了多個(gè)主題緊密關(guān)聯(lián)的研究方向，共同構(gòu)成了儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展的材料基礎(chǔ)。其中，PEG基復(fù)合相變材料(主題1)、納米增強(qiáng)相變材料(主題11)與相變微膠囊(主題6)在知識(shí)空間中鄰近，形成了通過(guò)化學(xué)復(fù)合、納米改性與微封裝等技術(shù)提升有機(jī)相變材料性能的核心研究脈絡(luò)。相鄰的金屬泡沫復(fù)合相變材料(主題14)與陶瓷基復(fù)合相變材料(主題20)則側(cè)重于利用多孔骨架結(jié)構(gòu)解決材料的封裝與傳熱強(qiáng)化問(wèn)題。同時(shí)，熔鹽(主題9)作為高溫顯熱儲(chǔ)熱工質(zhì)的代表，與鈣基熱化學(xué)儲(chǔ)熱(主題8)等主題共同聚焦于高溫及熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料的熱物性、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及長(zhǎng)期可靠性，與之密切相關(guān)的熔鹽腐蝕防護(hù)(主題19)研究則致力于提升系統(tǒng)耐久性。此外，脂肪酸與多元醇相變材料(主題15)作為有機(jī)相變材料體系的重要分支，致力于開(kāi)發(fā)中低溫儲(chǔ)熱應(yīng)用中的高性能共晶材料。上述材料層的研究為儲(chǔ)熱技術(shù)的整體發(fā)展奠定了基石，其突破方向直接牽引著系統(tǒng)層面的技術(shù)路徑選擇。
在單元、器件與系統(tǒng)技術(shù)層(主要位于圖中部)，研究從材料體系延伸至工程傳熱、器件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成。翅片強(qiáng)化相變傳熱(主題2)作為發(fā)文量極高的主題，位于材料集群與系統(tǒng)集群之間，凸顯了傳熱強(qiáng)化技術(shù)在銜接材料本征特性與器件實(shí)際性能中的關(guān)鍵作用。斜溫層單罐儲(chǔ)熱(主題7)與太陽(yáng)能集熱儲(chǔ)熱一體化(主題18)標(biāo)志著研究向儲(chǔ)熱單元結(jié)構(gòu)優(yōu)化和光熱系統(tǒng)耦合設(shè)計(jì)的深入。吸附式熱化學(xué)儲(chǔ)熱(主題5)作為重要的前沿儲(chǔ)熱技術(shù)，致力于開(kāi)發(fā)高能量密度、適于長(zhǎng)期存儲(chǔ)的新一代系統(tǒng)解決方案。這一層次的研究進(jìn)展，決定了材料層面的創(chuàng)新成果能否有效轉(zhuǎn)化為可工程化的技術(shù)方案。
在多元化應(yīng)用交叉層(分布于圖上方及外圍)，儲(chǔ)熱技術(shù)與外部領(lǐng)域廣泛融合，主題分布相對(duì)分散，體現(xiàn)了其廣泛的外延應(yīng)用價(jià)值。其中，電力系統(tǒng)(主題0)作為規(guī)模最大的獨(dú)立聚類，突出反映了儲(chǔ)熱在可再生能源消納與電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)中的關(guān)鍵地位。在建筑與城市領(lǐng)域，建筑儲(chǔ)熱(主題3)、相變混凝土(主題10)與城市地表熱通量(主題12)共同構(gòu)成了從建筑構(gòu)件到城市尺度的熱能管理技術(shù)鏈。含水層與鉆孔儲(chǔ)熱(主題4)和太陽(yáng)能海水淡化(主題16)代表了儲(chǔ)熱在跨季節(jié)儲(chǔ)能及水-能聯(lián)供等特定場(chǎng)景下的規(guī)模化應(yīng)用探索，海洋熱儲(chǔ)存(主題17)關(guān)注自然水體作為巨規(guī)模儲(chǔ)熱介質(zhì)的潛力。此外，人體熱生理調(diào)控(主題13)體現(xiàn)了儲(chǔ)熱技術(shù)向生物熱管理領(lǐng)域的滲透，展現(xiàn)了其極強(qiáng)的學(xué)科交叉性。上述應(yīng)用主題的多樣性，印證了儲(chǔ)熱技術(shù)作為基礎(chǔ)支撐技術(shù)在“雙碳”背景下的廣泛適用。
整體來(lái)看，2000年以來(lái)儲(chǔ)熱領(lǐng)域各研究主題的發(fā)文量普遍呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但不同主題的興起時(shí)間、增長(zhǎng)幅度與持續(xù)性存在差異，如圖5所示。以電力系統(tǒng)(主題0)、PEG基復(fù)合相變材料(主題1)等為代表的一批主題自早期便持續(xù)活躍，并始終保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)，構(gòu)成了領(lǐng)域的核心主線。進(jìn)入2010年后，以吸附式熱化學(xué)儲(chǔ)熱(主題5)、斜溫層單罐儲(chǔ)熱(主題7)、鈣基熱化學(xué)儲(chǔ)熱(主題8)、熔鹽(主題9)等為代表的面向高溫、高能量密度及系統(tǒng)集成的研究方向迅速興起。近年來(lái)，含水層與鉆孔儲(chǔ)熱(主題4)、太陽(yáng)能海水淡化(主題16)等面向特定場(chǎng)景的交叉應(yīng)用主題也呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。相比之下，主題13(人體熱生理調(diào)控)與主題17(海洋熱儲(chǔ)存)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)相對(duì)平緩，研究規(guī)模與影響力尚未形成顯著突破，尚未成為領(lǐng)域的主流增長(zhǎng)極。這一趨勢(shì)結(jié)構(gòu)整體映射出該領(lǐng)域研究從基礎(chǔ)材料與傳熱，向系統(tǒng)集成與前沿技術(shù)，再向多元化、場(chǎng)景化應(yīng)用縱深發(fā)展的演進(jìn)路徑。
圖5 儲(chǔ)熱技術(shù)研究論文的主題趨勢(shì)分析
Fig. 5 Topic trend analysis of research papers on thermal energy storage technologies
3 全球儲(chǔ)熱技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)布局
儲(chǔ)熱技術(shù)研究整體呈現(xiàn)出以中國(guó)機(jī)構(gòu)為主導(dǎo)、歐美傳統(tǒng)科研強(qiáng)國(guó)持續(xù)發(fā)力、新興國(guó)家逐步跟進(jìn)的多元協(xié)同發(fā)展格局，主要機(jī)構(gòu)如表2所示。中國(guó)方面，中國(guó)科學(xué)院以983篇的發(fā)文量位居全球首位，總被引次數(shù)(32419次)和H指數(shù)(88)等學(xué)術(shù)指標(biāo)較高；西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、華北電力大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)等多所高校亦進(jìn)入全球前列，顯示出中國(guó)在儲(chǔ)熱材料、系統(tǒng)集成及工程應(yīng)用方面形成的規(guī)?；芯苛α浚?，上海交通大學(xué)篇均被引48.81次、篇均使用72.07次，顯示出高質(zhì)量研究與應(yīng)用轉(zhuǎn)化并重的特征。美國(guó)能源部(DOE)作為國(guó)家級(jí)科研管理機(jī)構(gòu)，引領(lǐng)并推動(dòng)了高溫儲(chǔ)熱、熱化學(xué)儲(chǔ)能等方向的系統(tǒng)布局與發(fā)展。歐洲方面，德國(guó)亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)、德國(guó)航空航天中心(DLR)以及法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心(CNRS)等機(jī)構(gòu)依托其在能源與工程領(lǐng)域的長(zhǎng)期積累，在儲(chǔ)熱基礎(chǔ)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。此外，印度理工學(xué)院系統(tǒng)、埃及知識(shí)庫(kù)(EKB)等機(jī)構(gòu)也體現(xiàn)了發(fā)展中國(guó)家在儲(chǔ)熱應(yīng)用與研究領(lǐng)域的積極參與。
表2 儲(chǔ)熱技術(shù)研究論文的主要發(fā)表機(jī)構(gòu)
Table 2 Main publishing institutions of research papers on thermal energy storage technologies
主要機(jī)構(gòu)的研究主題布局各有側(cè)重，如圖6所示。大型國(guó)立科研機(jī)構(gòu)，如中國(guó)科學(xué)院、美國(guó)能源部、德國(guó)亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)主導(dǎo)全面布局與戰(zhàn)略前沿攻關(guān)；頂尖大學(xué)(尤以中國(guó)工科強(qiáng)校為代表)在核心技術(shù)與系統(tǒng)集成中扮演中堅(jiān)力量；而眾多高校則在各自擅長(zhǎng)的材料創(chuàng)新或細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景中深化研究，共同推動(dòng)了儲(chǔ)熱領(lǐng)域知識(shí)與技術(shù)體系的發(fā)展。
圖6 儲(chǔ)熱技術(shù)研究主題圖分析
Fig. 6 Topic map analysis of thermal energy storage research topics
以中國(guó)科學(xué)院為代表的綜合性科研機(jī)構(gòu)，研究覆蓋了從核心材料到多元應(yīng)用的儲(chǔ)熱技術(shù)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其在PEG基復(fù)合相變材料(主題1)、電力系統(tǒng)(主題0)等多個(gè)核心主題上均表現(xiàn)突出，同時(shí)也在城市地表熱通量調(diào)控、相變微膠囊制備及吸附式熱化學(xué)儲(chǔ)熱等前沿與交叉方向上開(kāi)展較多研究。以西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、華北電力大學(xué)及清華大學(xué)為代表的中國(guó)高校，在能源電力與工程熱物理領(lǐng)域形成了鮮明的研究特色，在電力系統(tǒng)(主題0)這一最大的應(yīng)用領(lǐng)域均具有極強(qiáng)的研究實(shí)力。其中，西安交通大學(xué)在翅片強(qiáng)化傳熱(主題2)開(kāi)展較多研究，并積極布局金屬泡沫復(fù)合相變材料(主題14)等前沿方向。
美國(guó)與歐洲的頂尖科研機(jī)構(gòu)則展現(xiàn)出面向未來(lái)能源系統(tǒng)的差異化戰(zhàn)略布局。美國(guó)能源部的研究高度聚焦于熔鹽(主題9)及其相關(guān)的熔鹽腐蝕(主題19)等高溫儲(chǔ)熱核心技術(shù)，旨在支撐聚光太陽(yáng)能發(fā)電等國(guó)家重大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。德國(guó)亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)則在推進(jìn)含水層與鉆孔儲(chǔ)熱(主題4)、鈣基熱化學(xué)儲(chǔ)熱(主題8)等大規(guī)模、前沿性儲(chǔ)熱技術(shù)上投入巨大；法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心亦在吸附式熱化學(xué)儲(chǔ)熱(主題5)領(lǐng)域深耕多年。
一批機(jī)構(gòu)在特定主題上形成了全球性的特色與專長(zhǎng)。例如，上海交通大學(xué)在吸附式熱化學(xué)儲(chǔ)熱(主題5)上成果突出；華南理工大學(xué)在PEG基復(fù)合相變材料(主題1)上研究集中；印度理工學(xué)院系統(tǒng)在翅片強(qiáng)化傳熱(主題2)技術(shù)領(lǐng)域較為活躍。埃及知識(shí)庫(kù)(EKB)在太陽(yáng)能海水淡化(主題16)上的研究高度集中，產(chǎn)量遠(yuǎn)超其他機(jī)構(gòu)，這與其所處地區(qū)的水資源短缺問(wèn)題緊密相關(guān)，區(qū)域資源稟賦與特定社會(huì)需求對(duì)科研方向形成強(qiáng)力牽引。
4 全球儲(chǔ)熱技術(shù)研究前沿與未來(lái)趨勢(shì)分析
突現(xiàn)詞圖譜通過(guò)識(shí)別特定時(shí)段內(nèi)關(guān)鍵詞頻率的爆發(fā)性增長(zhǎng)(即突現(xiàn)強(qiáng)度)，揭示領(lǐng)域內(nèi)研究熱點(diǎn)的動(dòng)態(tài)演變與新興前沿，如圖7所示。2010—2015年的研究焦點(diǎn)集中在“熔鹽”“相變材料”“聚光太陽(yáng)能”等基礎(chǔ)材料。2015—2000年，研究前沿呈現(xiàn)多元化與交叉融合趨勢(shì)，一是向材料細(xì)化和功能化拓展，“納米流體”“氮化硼”等高性能復(fù)合材料成為熱點(diǎn)；二是與系統(tǒng)集成緊密銜接，“綜合能源系統(tǒng)”“能源柔性”“光熱轉(zhuǎn)換”“熱電聯(lián)供/冷”等表明研究從單一技術(shù)向智慧能源系統(tǒng)集成的轉(zhuǎn)變。2020年以來(lái)，“熱化學(xué)儲(chǔ)熱”“鈣循環(huán)”“磁熱效應(yīng)”等前沿主題強(qiáng)度持續(xù)攀升，特別是以“熱化學(xué)儲(chǔ)熱”為代表的高能量密度技術(shù)，以“鈣循環(huán)”為典型的高溫長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能路徑，以及結(jié)合“磁熱效應(yīng)”等新型物理場(chǎng)調(diào)控的智能儲(chǔ)熱材料，共同勾勒出儲(chǔ)熱技術(shù)向更高能量密度、更長(zhǎng)周期存儲(chǔ)、更智能可控方向突破的前沿圖景。
圖7 儲(chǔ)熱技術(shù)研究的突現(xiàn)詞分析
Fig. 7 Burst term analysis of thermal energy storage research
結(jié)合突現(xiàn)詞分析和代表性文獻(xiàn)梳理研究前沿，涵蓋從材料創(chuàng)新(如MXene基復(fù)合相變材料、磁場(chǎng)輔助儲(chǔ)能)到系統(tǒng)集成(如綜合能源系統(tǒng)、卡諾電池)，從多能耦合(如光熱協(xié)同、鈣循環(huán))到智慧優(yōu)化(如機(jī)器學(xué)習(xí)輔助經(jīng)濟(jì)與性能優(yōu)化)等多維度發(fā)展方向。一是技術(shù)性能突破，聚焦于提升能量密度與儲(chǔ)能周期，熱化學(xué)儲(chǔ)熱與鈣循環(huán)體系成為前沿方向；二是材料功能集成，通過(guò)MXene基復(fù)合相變材料與磁場(chǎng)輔助調(diào)控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料在光熱、磁熱等多場(chǎng)耦合下的智能響應(yīng)；三是系統(tǒng)融合創(chuàng)新，推動(dòng)儲(chǔ)熱與綜合能源系統(tǒng)深度融合，卡諾電池等正拓展多能耦合應(yīng)用場(chǎng)景；四是全鏈條智能化，人工智能技術(shù)正全面滲透于儲(chǔ)熱系統(tǒng)的材料設(shè)計(jì)、運(yùn)行優(yōu)化與協(xié)同控制。
鈣循環(huán)技術(shù)作為高溫?zé)峄瘜W(xué)儲(chǔ)熱的核心路徑，當(dāng)前研究前沿聚焦于提升材料的光熱吸收、循環(huán)穩(wěn)定性與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能，并推動(dòng)系統(tǒng)向太陽(yáng)能直接驅(qū)動(dòng)與規(guī)模化集成方向發(fā)展。以南京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、西班牙塞維利亞大學(xué)為代表的研究機(jī)構(gòu)正通過(guò)多元素?fù)诫s(如Mn、SiC、Al、Mg、Ce等)或復(fù)合改性策略，開(kāi)發(fā)高光吸收、抗燒結(jié)的鈣基復(fù)合材料，并結(jié)合原位表征與密度泛函理論(DFT)揭示微觀增強(qiáng)機(jī)制。華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)等機(jī)構(gòu)致力于優(yōu)化溶膠-凝膠、燃燒合成等材料制備工藝，提升材料循環(huán)儲(chǔ)能密度。在系統(tǒng)集成層面，南京航空航天大學(xué)、英國(guó)伯明翰大學(xué)等正探索流化床反應(yīng)器中太陽(yáng)能直接輻照下的鈣循環(huán)儲(chǔ)能過(guò)程，以緩解局部過(guò)熱并強(qiáng)化傳質(zhì)，塞維利亞大學(xué)、山東大學(xué)等則推進(jìn)鈣循環(huán)與氫氧化鈣儲(chǔ)熱系統(tǒng)或制氫過(guò)程的耦合。未來(lái)趨勢(shì)將更注重多尺度材料設(shè)計(jì)、光-熱-化協(xié)同調(diào)控，以及面向規(guī)模化應(yīng)用的系統(tǒng)優(yōu)化與成本控制，推動(dòng)鈣循環(huán)儲(chǔ)能在光熱電站與工業(yè)減排中的實(shí)際應(yīng)用。
MXene基復(fù)合相變材料的研究前沿正從單一的光熱轉(zhuǎn)換向多源驅(qū)動(dòng)(光/磁/電熱)、多功能集成與結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(jì)方向快速演進(jìn)。以華南理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京化工大學(xué)等為代表的研究團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)基于MXene氣凝膠、海綿等多孔骨架的高負(fù)載、防泄漏相變復(fù)合材料，并聚焦于太陽(yáng)能海水淡化這一應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)MXene的高效光熱效應(yīng)與相變材料的儲(chǔ)熱能力相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在間歇光照下的持續(xù)穩(wěn)定蒸發(fā)。前沿研究進(jìn)一步向能量轉(zhuǎn)換與功能一體化拓展，北京科技大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)通過(guò)將MXene與Fe3O4等磁性納米粒子復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能與磁能的雙重驅(qū)動(dòng)與存儲(chǔ)，光熱轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)97.7%，并同步集成了優(yōu)異的電磁屏蔽與微波吸收功能。未來(lái)趨勢(shì)將更加注重多維結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控、智能化響應(yīng)，以及面向?qū)嶋H工程場(chǎng)景的規(guī)模化制備與長(zhǎng)效穩(wěn)定性探索，推動(dòng)MXene基相變材料從高性能實(shí)驗(yàn)室樣品走向柔性電子熱管理、建筑節(jié)能及工業(yè)余熱回收等應(yīng)用。
磁場(chǎng)輔助儲(chǔ)熱的前沿研究聚焦于其與納米流體、相變材料及多物理場(chǎng)的智能耦合調(diào)控，旨在突破傳統(tǒng)儲(chǔ)熱材料的傳熱極限與可控性瓶頸。例如，廣東工業(yè)大學(xué)、印度理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)通過(guò)非均勻磁場(chǎng)與磁性納米顆粒(如Fe3O4)的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)相變材料熔化凝固界面及納米顆粒分布的精準(zhǔn)調(diào)控，揭示了磁場(chǎng)對(duì)納米增強(qiáng)相變材料非牛頓流體行為的關(guān)鍵影響機(jī)制。同時(shí)，研究進(jìn)一步探索了磁場(chǎng)-超聲波-多孔介質(zhì)等多場(chǎng)耦合策略，證明其對(duì)多元納米流體(如三元納米流體Al2O3-CuO-Cu/H2O)的傳熱與儲(chǔ)熱性能具有顯著協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，例如莫希-烏丁伊斯蘭大學(xué)、費(fèi)薩爾大學(xué)等機(jī)構(gòu)的數(shù)值模擬表明，在多場(chǎng)耦合作用下系統(tǒng)熱效率可提升超過(guò)200%。在器件與應(yīng)用層面，伊朗伊斯蘭阿扎德大學(xué)、馬贊德蘭大學(xué)等通過(guò)優(yōu)化磁場(chǎng)布置，使相變材料熔化速率提升40%，并提出了磁控可逆儲(chǔ)能單元的設(shè)計(jì)概念。未來(lái)趨勢(shì)將更側(cè)重于跨尺度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、人工智能驅(qū)動(dòng)的磁控策略優(yōu)化以及環(huán)保型磁性納米流體的開(kāi)發(fā)，以推動(dòng)磁熱調(diào)控技術(shù)在可再生能源存儲(chǔ)、高端制造熱管理等領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用。
光熱的研究前沿正聚焦于多材料、多尺度集成與多效應(yīng)協(xié)同，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高效捕獲、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)與按需管理。國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)，如中國(guó)科學(xué)院(廣州能源所、蘭州化學(xué)物理所等)、武漢理工大學(xué)、北京科技大學(xué)、南昌大學(xué)等，正致力于開(kāi)發(fā)高性能光熱功能材料與系統(tǒng)，其核心包括構(gòu)建具有光催化與光熱協(xié)同效應(yīng)的新型催化劑(如Ag/MoS2@Fe-CS氣凝膠)以提升污染物降解效率；設(shè)計(jì)以MXene、石墨烯、碳納米管等為骨架的定型相變復(fù)合材料(如MXene@Fe3O4-MA、PEG/PVA-rGO)，通過(guò)增強(qiáng)光吸收與導(dǎo)熱路徑，將光熱轉(zhuǎn)換效率提升至90%以上，并集成磁熱、電磁屏蔽等多功能；以及開(kāi)發(fā)基于氣凝膠、水凝膠和微膠囊的智能熱管理器件(如雙層水凝膠蒸發(fā)器、熱致變色相變涂層)，實(shí)現(xiàn)全天候海水淡化、可穿戴溫控紡織品和自適應(yīng)防/除冰等應(yīng)用。未來(lái)趨勢(shì)將更強(qiáng)調(diào)材料與器件的智能化、集成化與可持續(xù)性，例如通過(guò)動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵(如硼酸酯)賦予相變材料超穩(wěn)定力學(xué)性能，利用熱致變色與相變儲(chǔ)能耦合實(shí)現(xiàn)光熱效率的自調(diào)節(jié)，并進(jìn)一步探索光-熱-磁-電等多能量形式的協(xié)同轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)。
綜合能源系統(tǒng)的研究前沿正深刻認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)熱技術(shù)是解鎖系統(tǒng)靈活性、提升經(jīng)濟(jì)性與實(shí)現(xiàn)深度低碳化的關(guān)鍵核心。國(guó)內(nèi)頂尖機(jī)構(gòu)，如華北電力大學(xué)、清華大學(xué)、湖南大學(xué)及歐洲的杜倫大學(xué)、皇家理工學(xué)院等，正致力于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的規(guī)劃與運(yùn)行優(yōu)化方法。前沿探索主要聚焦于三個(gè)層面，一是系統(tǒng)級(jí)協(xié)同規(guī)劃，將儲(chǔ)熱與電、氫等儲(chǔ)能進(jìn)行容量-選址-運(yùn)行的聯(lián)合優(yōu)化，以最經(jīng)濟(jì)方式平抑可再生能源波動(dòng)與多能負(fù)荷差異，如華北電力大學(xué)對(duì)“電-熱”混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的選址定容研究；二是運(yùn)行級(jí)靈活性提升，深度利用熱網(wǎng)管道熱慣性(“虛擬儲(chǔ)熱”)與建筑熱質(zhì)量等分散式儲(chǔ)熱特性，并與電鍋爐、熱泵、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組靈活耦合，以緩解以熱定電約束，提升風(fēng)電、光伏的消納能力，如清華大學(xué)、華北電力大學(xué)對(duì)熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型與多時(shí)間尺度調(diào)度的研究；三是增強(qiáng)韌性，將儲(chǔ)熱作為關(guān)鍵應(yīng)急熱源，與天然氣、氫能等多能源耦合，以應(yīng)對(duì)極端天氣或故障下的能源供應(yīng)中斷。未來(lái)趨勢(shì)將更側(cè)重儲(chǔ)熱的智能化與集成化，通過(guò)人工智能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱與電池在建筑級(jí)IES中的實(shí)時(shí)自適應(yīng)優(yōu)化，以及推動(dòng)儲(chǔ)熱從“隱性”的緩沖單元向主動(dòng)參與市場(chǎng)交易、提供多重輔助服務(wù)的智能資產(chǎn)演進(jìn)。
卡諾電池作為一類基于熱泵循環(huán)與熱機(jī)循環(huán)耦合的大規(guī)模電能儲(chǔ)存技術(shù)，近年來(lái)已成為儲(chǔ)熱領(lǐng)域重要的前沿研究方向，正從基礎(chǔ)循環(huán)構(gòu)型向系統(tǒng)集成化、材料高端化與調(diào)控智能化方向全面演進(jìn)。在材料層面，東京科學(xué)大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)將卡諾電池與鈣基、水合鹽等熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)結(jié)合，推動(dòng)能量密度與儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)顯著提升。在系統(tǒng)層面，以中國(guó)科學(xué)院、西安交通大學(xué)為代表的研究聚焦于與低品位工業(yè)余熱的深度集成，通過(guò)多熱源協(xié)同管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)往返效率的突破；歐洲團(tuán)隊(duì)如德國(guó)紐倫堡大學(xué)則致力于有機(jī)閃蒸循環(huán)、二氧化碳跨臨界循環(huán)等新型熱力路徑開(kāi)發(fā)，以提升寬溫區(qū)運(yùn)行性能。同時(shí)，面向工程應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析與智能調(diào)控成為關(guān)鍵趨勢(shì)，浙江大學(xué)、根特大學(xué)等通過(guò)熱經(jīng)濟(jì)建模與機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化，評(píng)估其在光伏消納與電網(wǎng)調(diào)峰中的成本與可行性。未來(lái)，卡諾電池的研究將更加注重與氫能、燃料電池等系統(tǒng)的多能耦合，并向材料定制化、設(shè)計(jì)智能化與商業(yè)規(guī)?；较虬l(fā)展，旨在成為支撐高比例可再生能源新型電力系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能核心方案。
以機(jī)器學(xué)習(xí)、大語(yǔ)言模型為代表的人工智能技術(shù)正深刻驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展，從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)輔助，快速轉(zhuǎn)向物理信息融合與全生命周期智能設(shè)計(jì)。例如，清華大學(xué)、香港科技大學(xué)等正聚焦于構(gòu)建基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型預(yù)測(cè)控制框架，通過(guò)集成負(fù)荷與可再生能源預(yù)測(cè)，優(yōu)化含相變材料或冰儲(chǔ)冷的區(qū)域供冷系統(tǒng)，以提升能效與經(jīng)濟(jì)性；西安交通大學(xué)、哈立法大學(xué)等團(tuán)隊(duì)則利用LSTM、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)相變材料在復(fù)雜強(qiáng)化結(jié)構(gòu)中的瞬態(tài)行為，并融合分子模擬進(jìn)行新型儲(chǔ)熱材料的高通量智能篩選。前沿探索更側(cè)重于發(fā)展融合物理機(jī)理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和集成智能優(yōu)化算法的代理模型，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱單元結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。未來(lái)趨勢(shì)將關(guān)注數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的集成能源系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度、跨區(qū)域儲(chǔ)熱輸配優(yōu)化，以及基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的自適應(yīng)控制，最大化儲(chǔ)熱在高比例可再生能源系統(tǒng)中的靈活性與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
盡管儲(chǔ)熱領(lǐng)域發(fā)展迅速，但仍存在技術(shù)空白，高參數(shù)材料與長(zhǎng)周期系統(tǒng)亟待集中攻關(guān)。首先，超高溫儲(chǔ)熱材料存在商業(yè)化空白，現(xiàn)有熔融鹽體系的工作溫度上限(約565℃)制約了光熱發(fā)電效率提升與高溫工業(yè)應(yīng)用，下一代超高溫熔鹽、金屬/陶瓷基相變復(fù)合材料及以鈣循環(huán)為代表的熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性、腐蝕控制及成本問(wèn)題尚未完全解決，距離大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用仍有顯著差距。其次，熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)整體處于成熟度空白，該技術(shù)雖具備能量密度高、熱損失極低的突出優(yōu)勢(shì)，尤其適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，但絕大多數(shù)體系仍停留在實(shí)驗(yàn)室或原型階段，面臨反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、材料衰減與系統(tǒng)集成的多重挑戰(zhàn)。再次，低成本、高可靠性的規(guī)?；缂竟?jié)儲(chǔ)熱技術(shù)存在應(yīng)用空白，盡管含水層儲(chǔ)熱等技術(shù)已有示范，但能在全國(guó)范圍廣泛部署、兼具極高經(jīng)濟(jì)性與可靠性的超大規(guī)模解決方案尚未形成，這需要材料、地下工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的協(xié)同創(chuàng)新。
5 結(jié)論與展望
在全球能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中，儲(chǔ)熱技術(shù)展現(xiàn)出日益重要的戰(zhàn)略價(jià)值。本研究發(fā)現(xiàn)，自2010年以來(lái)，該領(lǐng)域研究規(guī)模持續(xù)快速增長(zhǎng)，形成了從以納米增強(qiáng)相變材料、熔鹽體系及熱化學(xué)材料為代表的基礎(chǔ)材料創(chuàng)新，到以翅片強(qiáng)化傳熱和斜溫層儲(chǔ)罐技術(shù)為核心的單元與器件開(kāi)發(fā)，再到覆蓋電力系統(tǒng)調(diào)峰、建筑節(jié)能調(diào)控、工業(yè)余熱回收以及海水淡化等多場(chǎng)景應(yīng)用的多層知識(shí)體系。全球研究力量呈現(xiàn)多元化格局，中國(guó)、美國(guó)和歐洲構(gòu)成三大主導(dǎo)區(qū)域，分別聚焦于規(guī)?；こ虘?yīng)用、高溫熔鹽等戰(zhàn)略技術(shù)布局以及熱化學(xué)儲(chǔ)能、含水層儲(chǔ)熱等前沿長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)；印度、埃及等國(guó)家也在海水淡化等特定應(yīng)用方向形成了特色研究。盡管全球儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展迅速，但在邁向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的過(guò)程中，仍面臨一系列材料、系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)性及集成應(yīng)用方面的核心瓶頸與挑戰(zhàn)。
在材料層面，核心問(wèn)題體現(xiàn)在性能、穩(wěn)定與成本三方面，長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性、抗腐蝕性及低成本是突破的關(guān)鍵。一是關(guān)鍵物性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性不足，中高溫相變材料(如熔鹽)在反復(fù)熱循環(huán)中易發(fā)生分解與性能衰減，影響系統(tǒng)可靠性與壽命；其普遍存在的腐蝕性也限制了嚴(yán)苛工況下的應(yīng)用。二是導(dǎo)熱與封裝難題突出。高潛熱材料(如石蠟)往往導(dǎo)熱系數(shù)低，導(dǎo)致儲(chǔ)/放熱功率受限。盡管通過(guò)引入石墨骨架等可大幅提升導(dǎo)熱率，卻增加了材料復(fù)雜度與成本；而對(duì)于金屬相變材料，其相變泄漏問(wèn)題則對(duì)微膠囊封裝工藝提出了極高要求。三是成本與可持續(xù)性制約。高性能材料往往價(jià)格高昂，推動(dòng)研究者探索如利用蘭炭灰等工業(yè)固廢作為復(fù)合骨架，以期在保障性能的同時(shí)降低成本、提升資源化利用水平。
在系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)性層面，降低初始投資、延長(zhǎng)循環(huán)壽命、優(yōu)化全生命周期成本是商業(yè)化推廣的核心。儲(chǔ)熱系統(tǒng)，特別是相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)，因涉及高性能材料與復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其初始投資成本通常高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，構(gòu)成市場(chǎng)推廣的主要障礙。同時(shí)，材料的循環(huán)穩(wěn)定性直接決定了系統(tǒng)的更換頻率，若無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)千甚至上萬(wàn)次穩(wěn)定循環(huán)，將導(dǎo)致全生命周期度電成本偏高。此外，系統(tǒng)集成與運(yùn)維日趨復(fù)雜，尤其在風(fēng)光儲(chǔ)等多能互補(bǔ)場(chǎng)景中，需協(xié)調(diào)多種設(shè)備并優(yōu)化運(yùn)行策略，這對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)度算法提出了極高要求。
在集成應(yīng)用方面，儲(chǔ)熱技術(shù)雖為消納波動(dòng)性風(fēng)光電力提供了關(guān)鍵路徑，但仍面臨源荷動(dòng)態(tài)匹配與長(zhǎng)期存儲(chǔ)的挑戰(zhàn)。一方面，可再生能源出力與熱負(fù)荷需求在時(shí)序上存在錯(cuò)配，系統(tǒng)的容量與功率配置需在成本、效率與消納能力間取得精細(xì)平衡，往往需借助多目標(biāo)優(yōu)化算法求解最優(yōu)方案。另一方面，為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)存以應(yīng)對(duì)冬季供暖，大規(guī)模長(zhǎng)期儲(chǔ)熱技術(shù)仍需克服熱損失大、儲(chǔ)熱密度要求高及地下儲(chǔ)熱裝置投資巨大等難題，其經(jīng)濟(jì)性與可靠性有待進(jìn)一步通過(guò)示范工程驗(yàn)證。
為推動(dòng)儲(chǔ)熱技術(shù)從示范應(yīng)用邁向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，需圍繞材料、系統(tǒng)、應(yīng)用及支撐體系展開(kāi)系統(tǒng)性創(chuàng)新，布局向高溫、集成化、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能傾斜。在材料層面，重點(diǎn)攻關(guān)高性能、低成本儲(chǔ)熱材料，包括開(kāi)發(fā)適用于光熱發(fā)電與高溫工業(yè)的新型熔鹽、陶瓷基相變材料及熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料，并利用工業(yè)固廢制備定型相變材料以降低成本。同時(shí)發(fā)展兼具儲(chǔ)熱與熱管理、熱電轉(zhuǎn)換等功能的多功能復(fù)合材料。在系統(tǒng)與裝備層面，應(yīng)通過(guò)跨尺度建模與人工智能優(yōu)化儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，研發(fā)高效緊湊的換熱器等關(guān)鍵部件，并推動(dòng)儲(chǔ)熱模塊標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，以提升可靠性并降低部署成本。在應(yīng)用層面，著力推進(jìn)儲(chǔ)熱在工業(yè)余熱回收與可再生能源供熱中的集成，探索跨季節(jié)儲(chǔ)熱商業(yè)模式，并深化儲(chǔ)熱與熱泵、風(fēng)光發(fā)電及儲(chǔ)電的協(xié)同，構(gòu)建多能互補(bǔ)系統(tǒng)。此外，需完善儲(chǔ)熱全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系與測(cè)試平臺(tái)，建立開(kāi)放共享的材料物性與案例數(shù)據(jù)庫(kù)，并加強(qiáng)跨學(xué)科人才培養(yǎng)與國(guó)際合作，共同構(gòu)建健康的技術(shù)生態(tài)，支撐儲(chǔ)熱成為未來(lái)高比例可再生能源系統(tǒng)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
