近年来,我国可再生能源在整个能源结构中的比重不断提高,尤其是风力发电发展迅速,具有良好的商业开发前景。但近几年存在着严重的弃风限电现象,导致风力发电的利用率低。与此同时,由于北方地区燃煤供暖造成的雾霾等环境问题,政府已出台各种政策逐步淘汰小型燃煤锅炉,因此电能替代燃煤是城市清洁供暖的主要方向之一。针对以上问题,本文分别从复合相变储热材料、列管式储热单元的优化模拟以及单元与系统的耦合关系等方面展开研究。(1)研制了三种中高温复合相变储热材料,由载体材料(二氧化硅和氧化镁)、中高温相变材料(硝酸盐和碳酸盐)和高导热材料(石墨)组成。通过载体微孔结构实现对相变材料的微封装,使得制备的复合相变储热材料可在液相下无泄漏稳定工作。(2)建立了列管式相变储热单元的数学模型,研究分析了换热器排列方式、结构、列管间距、翅片数目对储热单元换热性能的影响。研究结果表明,60°排列换热器的熔化速率要快于90°排列换热器的,这与两种排列方式下的湍动能有关;与圆形换热器结构相比,正方形换热器储热性能更优;相比于无翅片的储热换热器,添加翅片后储热性能得到显著提升,相变材料熔化时间缩短66%;对中心距而言,在一定范围内,随中心距减小进出口降压增大,但储热性能相应提高。(3)探讨了储热单元与电制热系统的耦合关系,对两种储热系统结构建立数学模型,并建立简单化实验验证模拟结果。模拟结果表明,随着加热温度的升高,相变材料的熔化时间减少;在一定范围内,单纯增加相变材料的厚度不会改善储热效果,相变材料层的厚度应该适中;增加雷诺数可以增强相变材料的换热性能,但会导致进出口压降增大。