一种新型压缩空气与抽水复合储能系统的热力学分析

为解决可再生能源发电系统存在的能源输出间歇性和波动性等问题,基于热力学定律和能量梯级利用的原则,提出一种兼具压缩空气储能技术和抽水蓄能技术特点的新型压缩空气与抽水复合储能系统。首先建立了该系统的热力学模型并使用自编程序进行了热力学分析,重点针对水轮机工作时间、储气洞穴最低压力、各主要设备效率、压气机机组和透平机机组压比分配对系统热力学性能指标的影响进行了研究。结果表明:系统的能量效率随储气洞穴最低压力的升高而升高,随水轮机工作时间增加先升高后降低,在水轮机工作时间为1.5h的工况下达到最高值;提高透平机的等熵效率是提升系统能量效率的最有效途径;通过对压气机机组和透平机机组的各段压比进行优化,系统的能量效率可达到71.82%。研究结果可为该系统的工程应用提供重要的理论依据。     

液态空气储能与液态CO2储能技术对比

为了解决压缩空气储能储气室容积大、成本高的问题,液态空气储能和液态CO₂储能得到了国内外广泛关注及研究。针对这两大储能系统,借助ASPEN PLUS软件搭建了热力学物理模型,并借助?分析对两大储能系统进行热力学和关键参数敏感性研究分析。研究表明：液态空气储能系统?损失主要发生在压缩机及蓄热蓄冷装置上,分别占比45.02%、37.61%。液态CO₂储能系统?损失主要发生在低温膨胀机、压缩机及蓄冷蓄热装置上,分别占比26.99%、23.88%、30.41%。从电-电转化效率方面：在绝热条件下,两大储能系统由于在充放电过程能量消耗大,电-电转化效率都低于55%,相比液态空气储能,液态CO₂储能效率高。从系统成熟度方面：液态空气储能已得到工程应用,而液态CO₂储能还处于研究阶段,未得到工程化应用。从投资成本方面;液态CO₂储能单位千瓦投资成本高于液态空气储能约40%。     

湿空气透平循环的压缩空气储能热电联供系统热力学分析

为提高传统压缩空气储能系统(CAES)的发电功率和能量利用率,设计了一种热电联供型湿空气透平循环的压缩空气储能系统(CAES-HAT),其将水作为压缩过程储热介质、通过合理利用压缩热和排气热量、以湿空气和水为工质分别对外输出电量和热量,同时分析了关键参数对系统燃烧室燃料质量流量、透平功率、供电量、供热量和系统效率的影响,揭示了释能机组进口工质温度随参数变化的规律。研究结果表明,与传统CAES相比,CAES-HAT具有更高的发电功率和效率,在给定系统条件下机组发电功率增加19.17%,达到354.75MW,供热功率达到66.36MW,相同发电量下节省燃料18.17%,系统效率达到58.14%。释能机组的参数对发电功率影响明显,供电量和供热量对水气比变化敏感,该结果可为CAES系统优化提供参考。     

一种新型的跨临界CO_2储能系统

为了解决我国风电并网时电力不稳定等问题,实现规模储能,针对目前压缩空气储能(CAES)系统存在的问题,提出了一种新型的跨临界CO2储能系统概念。系统储能介质CO2以液态形式进行储存,以热能和冷能为能量存储主要形式,实现风电的储能和释能过程。对该系统进行了热力学分析和多目标优化,结果表明:在合适的储能压力下,系统储能效率和储能密度均随着释能压力的增大先增大后减小,分别存在最佳释能压力;随着储能压力升高,系统储能效率不断降低,储能密度却不断增加;减小蓄冷器和中间换热器换热温差是提高系统储能效率的关键;通过对储能系统进行多目标优化,最优解对应的系统储能效率为50.4%,储能密度为21.7kW·h/m3。跨临界CO2储能系统具有储能密度较高、绿色高效、不受地理条件限制等优点,在风电的规模存储中具备很好的应用前景。     

储能压力对液态压缩空气储能系统特性的影响

为了探究液态压缩空气储能系统工作参数对系统性能的内在作用机理及系统能效提升方法,建立了该系统的热力学模型。应用Aspen Plus软件进行流程仿真,对系统进行了热力学特性分析,并深入研究了液态空气储能压力对系统各单元及系统能效的影响规律。研究结果表明:较高品位的压缩余热和较小的循环空气流量可有效提升系统余热再利用率,显著提升系统性能;当储能压力由0.86 MPa提升至1.67 MPa时,系统压缩热的品位得以提升,膨胀机级间再热温度由114℃提升至160℃,同时可降低循环空气流量约0.5%,使得压缩机耗功降低,同时膨胀机输出总功增加,系统效率由31.61%提升至42.54%;储能压力的提升有利于降低低温储罐漏热,并减少制冷膨胀机出口带液量,可进一步改善系统的整体性能。     

深冷液化空气储能系统的热力学建模及?分析

为了解决传统气态空气储能系统对大型储气室的依赖问题,推动液态空气储能系统的深入研究,建立了深冷液化空气储能(LAES)系统的热力学模型和?分析模型,并对其进行了热力学分析和参数敏感性分析.分析结果表明:LAES系统的储能密度达到3.456×10~8J/m~3,是先进绝热压缩空气储能系统储能密度的10~12倍,系统循环效率达到60.31%,略低于先进绝热压缩空气储能系统.在LAES系统工作过程中,空气的压缩过程和膨胀做功过程以及蓄冷回热过程的?损失较大,LAES系统的?效率随着压缩机和膨胀机的绝热效率及其机械效率的提高而提高,可以通过提高压缩机和膨胀机的绝热效率及其机械效率的方法来减少系统?损失,从而达到提高LAES系统效率的目的.     

液体活塞近等温压缩空气储能过程热力性能评估

为进一步实现液体活塞在压缩空气储能过程全局热力性能的准确与快速评估，建立了基于容器尺寸(a)和喷淋参数(b)的储能过程热力性能无量纲评价模型，探究了压缩空气在近等温储能过程的热力性能变化特性，进而明确了液体活塞设备在近等温压缩空气储能系统中的重要地位。研究结果表明：无喷淋条件下，空气侧相对温度在无量纲a达到120时变化平缓，此时液体活塞可实现接近等温压缩，而较小的a会导致空气相对温度剧烈变化；喷淋条件下，近等温压缩过程主要出现在压缩过程中期，且增加无量纲b导致a对空气侧相对温度的影响逐渐弱化；液体活塞近等温压缩空气的理想运行效率可达到95%以上，而采用D155-30型号水泵驱动的液体活塞近等温压缩储能过程仅能实现66%的运行效率。     

压缩空气储能的多级填充床蓄热实验研究

对填充床蓄热装置在压缩空气储能(CAES)系统中的应用进行了实验研究与分析。开展了不同压力下填充床蓄热周期实验,测量了填充床内温度分布和进、出口空气温度随时间的变化。分析了不同压力下填充床的蓄热特性和蓄热效率。在实验条件下验证了CAES系统多级填充床蓄热的可行性,并提出了进一步性能改进的方法。     

压缩空气储能技术研究进展

 压缩空气储能是目前大规模电力储能技术研发的热点,是支撑可再生能源发展的关键技术之一,在新能源并网发电、电网调峰等领域有广泛的应用空间。介绍了空气压缩设备的发展状况,总结了绝热压缩设备效率的不足,分析了螺杆式空压机提升能效的关键因素。比较了压缩空气储能所经历的传统燃气补热压缩、非燃气补热的绝热压缩、等温压缩等阶段不同类型的储能原理和效率,介绍了等温压缩空气储能的实现方法和进展,并结合当前专利情况展望了未来压缩空气储能的技术发展方向。     

深冷液化空气储能系统的关键因素影响规律

立足于提高深冷液化空气储能系统能量转换效率,建立了深冷液化空气储能系统的热力学模型,借助Aspen Plus商用软件建立了热力计算的稳态仿真模型。模型验证工作说明了仿真模型的计算准确性。开展了设计工况下系统热力学分析研究,结合系统性能参数,分析了系统效率较低的原因并指出了优化方向;研究了压缩机级数、压缩机级间冷却方案和膨胀机级数等系统关键运行参数对系统及部件性能的影响规律。结果表明:系统采用原始设计方案时,压缩热利用率仅有38.42%,导致系统效率较低,仅为31.11%,可通过改善系统压缩热利用情况显著提升系统效率;当压缩机级数减少、采用无级间冷却方案时,膨胀机入口再热温度显著增加,使得系统效率大幅提升;随着膨胀机级数的增多,膨胀环节压缩热利用总量越多,系统效率越高。在此基础上,进一步探究了系统内部耦合提效方法,提出了一种系统优化设计方案,相较于原始设计方案,压缩热利用率提高至64.12%,系统效率提升至41.82%.研究结果可为深冷液化空气储能系统优化及其工程应用提供理论参考。     

新型压缩空气储能及其技术发展

压缩空气储能研究是目前绿电储能的重要科技前沿,主要为大规模绿电的存储转换及并网等问题,提供有效的解决方案。本文回顾了压缩空气储能的背景,介绍了传统压缩空气储能及其衍生技术的工作原理,分析了新型压缩空气储能的优缺点和应用范围、国内外压缩空气储能的应用现状及其经济效益。基于此，提出了未来压缩空气储能的应用前景及发展趋势,为相关学者和方案决策人员提供参考。     

一种新型压缩空气储能装置的优化控制

针对电能不易存储导致电能浪费严重而传统压缩空气储能具有不易选址、效率低等问题,现研究了一种新型的压缩空气储能方式,相较于传统的压缩空气储能,其主要的特点是水动力储能发电技术,对于小容量的能量存储具有较强的实用性。通过对系统结构的优化,引入水气活塞概念,利用水压缩形变小的特性解决了常规压缩空气在透平机处释压泄露的遗留问题,利用MATLAB软件中可视化Simulink模块对系统进行了建模仿真,采用了拉格朗日乘子法对系统的控制环节进行了优化,提高了能量转换效率。仿真结果验证了新模型在优化策略下的合理性,为压缩空气储能技术的发展提供了新的途径和方法。     

2018年压缩空气储能技术热点回眸

 能源结构转型是世界各国正在面临的严峻问题。中国可再生能源丰富，但高比例的可再生能源渗透对电网的安全运行提出重大挑战。储能作为协同新能源运行的有效手段，可打破电能“即发即用”的特点，实现能量的高效利用。在大规模储能背景下，压缩空气储能以其自身的清洁、低成本等特点，逐步成为研究热点。2018年，压缩空气储能领域向示范工程、商业化初期不断迈进。本文回顾2018年压缩空气储能领域热点问题，总结了该领域多能互补、液化压缩、盐穴储气、循环控温、协同水利发电等技术方面的突出进展。     

高温热管耦合热声发电机运行特性试验研究

高可靠性与高能量密度的动力推进电源是空间与海洋探索载体的核心关键部件。该文针对高温热管耦合动态热电转换装置开展了高温钠热管集成热声发电机运行特性的试验研究，实现了热电能量的传递与转换，掌握了高温热管与热声发电机耦合启动的关键技术，在稳态运行工况下获得了不同输入功率的热管-热声发电机系统耦合运行特性。随着输入功率的提升，热声发电机的输出电参数变大，热电转化效率从16.60%提升至19.00%。在长期运行测试中，在输入功率为1 900 W条件下，输出功率约360 W,热电转换效率约19.00%,热管与热声发电机耦合系统性能稳定。在极限运行测试中，输入功率为2 300 W时，输出功率为463 W,热电转换效率为20.13%。该研究验证了热管反应堆与热声发电机耦合集成能量转换原理的可行性，可为后续开展基于热管堆的空间和海洋载体核动力原型设计提供试验数据支撑。     

双玻光伏组件HP-PV/T一体化系统实验研究

提出一种双玻光伏结构的HP-PV/T(Heat pipe-photovoltaic/thermal)系统，通过搭建测试平台研究太阳辐照度和循环水流量对系统性能的影响，并结合能量损失计算数据分析系统的集热效果.实验期间，改变循环水流量(0.03、0.05 kg/s和0.08 kg/s),系统的电、热效率均得到有效提升，HP-PV/T系统在不同运行工况下电、热、综合效率的最大值分别为18.41%、28.83%和76.36%,对比发现随着流量的增大，综合效率提高10.52%,能量损失率降低9.47%.     

新型压缩空气储能风电系统膨胀助力控制

针对风能波动性和间歇性问题,提出了新型机械耦合式压缩空气储能风电系统.建立了风电系统膨胀助力模式混杂动态模型.提出了涡旋机柔性切入、切入后动态协调以及膨胀助力优化控制等三级膨胀助力控制策略,采用输入输出反馈线性化以及前馈控制等方法完成控制器设计.基于1,kW风电系统试验平台验证了控制策略的有效性,提高了模式切换过渡过程和风能捕获的动态速度,有效降低了压缩气体的消耗,涡旋机全效率提升至46.7%.     

梯级利用地下水储能的地源热泵空调系统分析

为了探究梯级利用地下水储能的地源热泵空调系统能量利用率,基于■分析理论建立了系统热力学数学模型,分析了蒸发温度和冷凝温度对新型地下水源热泵空调系统及其系统部件■效率和■损失的影响。研究结果表明:新型地下水源热泵空调系统比传统地下水源热泵空调系统节能效果更加显著,前者总■效率比后者总■效率提高了38.99%,且前者■损失比后者■损失降低了36.38%。当蒸发温度增加10℃时,新型系统■效率提高14.80%,■损失降低18.88%;当冷凝温度降低10℃时,新型系统■效率提高15.16%,■损失降低19.73%。所有部件中空气加热器的■损失最大,是需要进行改进和优化设计的重要部件。     

车用电磁耦合式飞轮储能装置的性能

鉴于电磁转差离合器动力传递零摩擦、无冲击及可调速等优点,提出了一种新型飞轮储能结构-电磁耦合式飞轮储能系统。文中阐述了减速状态(制动或滑行)下,装有飞轮储能装置汽车的能量转换路线;设计电磁转差离合器双闭环控制器,实现磁极轴转速的快速响应。基于Simulink软件定量分析制动过程中电磁耦合式飞轮储能装置的能量回收效率及其影响因素,并搭建模拟运行试验平台,验证电磁转差离合器无级调速对能量回收效率的影响。结果表明:不同制动初速度下飞轮储能装置能量回收效率稳定在33.6%,Simulink模型中电磁耦合式飞轮储能装置及控制器是合理的;电磁转差离合器调速时,能量回收效率可达到最高。     

新型低品位热驱动CO_2-[emim][Tf_2N]吸收制冷循环性能

针对传统低品位驱动的吸收制冷系统不能连续工作且制冷效率低的缺陷,本文依据热力学第二定律和能量梯级利用原理,提出了一种新型双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统。在阐述双低品位热驱动CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统工作原理的基础上,建立了制冷系统各部件的数学模型,计算并分析系统高低温发生制冷剂配比、高压箱体压力以及冷却水入口温度等操作参数,对新系统热力学性能的影响规律。模拟结果表明:双低品位热驱动新型吸收制冷系统不仅可以连续工作,而且具有较高的制冷效率。与传统CO2-[emim][Tf2N]吸收制冷系统相比,新系统的制冷因数提高了48.5%。     

带相变储能的太阳能热水系统分析

提出相变材料(PCM)+水的太阳能联合储能方案,将其应用于24 h供热水的传统太阳能加电辅热热水系统中,建立PCM+水联合储能的数学模型。将该系统应用于昆明地区的情况进行全年模拟分析,对比有无PCM时储热水箱中水温的变化、热损失及电辅热耗电量。结果表明PCM联合储能的热水系统,储热水箱中水温波动小;即加入PCM联合储能对水箱中水温有"削峰填谷"的作用,热损失和电辅热耗电量均减小,全年节电率达17.7%。分析了相变温度与PCM体积比(PCM体积与水体积之比)对水箱储能性能的影响,给出了水箱储热性能随相变温度和相PCM体积比变化的规律及其选取范围。