发布时间：2026年9月29日
来源机构：维也纳技术大学（TU Wien）
工业生产过程中产生的大量余热往往无法即时利用，主要源于供热与用能需求在时间上的错配。热能储存系统通过吸收多余热量并在需要时释放，能够有效弥补这一供需缺口。回收并储存工业废热对于提升能源效率、减少温室气体排放具有显著潜力。
其中，填充床热能储存系统（PBTES）因其高效性备受关注。该类系统允许热空气流经由固体颗粒组成的储存介质，实现热量的直接转移；在放热阶段，该过程则逆向进行。
维也纳理工学院的研究团队开发了一种新方法，能够在系统运行过程中精确评估此类热能储能装置的状态。这项近期发表在《应用热工程》（Applied Thermal Engineering）杂志上的研究，融合了分布式物理系统建模、数学模型降阶、最佳传感器放置、控制理论中的状态观测以及在线参数识别等多个领域的技术。
透视内部状态：从有限数据推断全貌
运行填充床热储系统的核心挑战在于掌握其内部状态。在热区与冷区之间会形成一个相对狭窄的过渡区域，被称为“热线”。该区域的位置、形状及其稳定性直接决定了储能系统的运行效率及可用能量。
斯蒂芬·雅库贝克（Stefan Jakubek）指出，若要获取完整的空间温度分布，需要在存储系统内部部署大量传感器。考虑到工业环境的高温与恶劣条件，这种全面监测方案在技术上极为复杂且成本高昂。
针对这一痛点，研究人员提出了一种基于数学模型与少量战略性布置的温度传感器的新方案。通过结合两者，可以推断出储内整个空间的温度分布。René Hofmann解释道：“从某种意义上说，数学模型补充了传感器无法直接测量的信息。”
简化复杂物理过程，支持实时操作与维护
研究团队采用数学方法简化了热储内部复杂过程的表示形式，从而能够更快速地计算水箱内冷热物质间温度界限的变化情况，同时保留了原始模型中至关重要的运动特性。此外，他们还深入探究了哪些位置的温度传感器能提供关于存储单元整体状态的最有效信息。
这一新方法不仅重建了温度分布，还估算了流经存储单元的气体与储存材料之间的热传递系数。马丁·科泽克（Martin Kozek）表示：“这个参数使我们能够描述气体和固体之间的热量传递效率。”这为后续研究开辟了新的方向。
热传递系数的变化可作为存储单元内部状态变化的指标。例如，在工业应用中，含尘气流可能导致沉积物随时间积累，进而影响热传输效率。因此，持续的参数估计不仅能支持未来的节能运行策略，还能提供有关工厂状况的信息，从而实现基于条件的维护。
参考文献：
Maximilian Gabler et al., Observer-based thermocline tracking and heat transfer coefficient estimation in packed-bed thermal energy storage systems, Applied Thermal Engineering (2026). DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2026.133205
