压缩空气储能储气装置发展现状与储能特性分析

压缩空气储能系统是大规模电力储能技术研发的热点,储气装置是其重要部件之一。综述了储气装置的发展及应用现状,包括储气装置的分类、不同类型储气装置的技术特点及应用情况,并详细分析了储气装置的储能特性。研究为储气装置的设计选型提供理论参考。     

一种新型蒸汽恒压抽水压缩空气储能系统及其热力学分析

针对原有抽水压缩空气储能系统的变工况特性,在本团队现有抽水压缩空气储能系统研究的基础上,提出了一种新型蒸汽恒压抽水压缩空气储能系统。该系统利用蒸汽凝结过程释放的潜热与显热,实现了释能过程的恒压运行,同时蒸汽凝结后参与做功,提高了系统的容量和储能密度。基于热力学第二定律对该系统的性能进行分析,重点研究了系统总效率和能量密度随各参数的变化规律,以及系统各部分设备的■损失。结果表明:随着预置压力的增加,系统的能量密度逐渐增加,但总效率逐渐降低;随着单个罐体的体积逐渐增加,系统的总效率和能量密度先后出现极小值和极大值;蒸汽发生器和水气共容舱的■损失占比最高。     

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。     

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%.     

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...     

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。     

等温压缩空气储能系统喷水量研究

为了揭示等温压缩空气储能系统中不同参数对喷水量的影响,提出了利用多变指数接近1的多变压缩来研究近等温压缩,将压缩终态的气态水、液态水、空气视为理想混合物,分析了压缩能量的分布状况,并运用饱和水蒸气分压公式、道尔顿分压定律和组分热力学参数,研究了不同状态参数下所需喷水量。研究表明,适当增大压比或降低终温(喷水量增大)可使得传热量比例增大,当压比为10、转速为100r/min时,喷水量由5.73kg/s提高至8.68kg/s,传热量比例提高了5%;压比、传热效率、终温均对空气与水质量之比有影响;其他条件一定时,转速对空气与水质量之比没有影响,当压比为10,传热效率为95%,终温为50℃,转速分别为60、100、150r/min时,空气与水质量之比均为0.86;较低压强(压比小于10)不利水储热的进行。     

压缩空气含水层储能系统设计及可行性分析

采用数值模拟方法,以3 MW储能规模为例,建立水平地层埋深800 m、渗透率0.5×10~(-12)m~2的压缩空气地下含水层储能模型,对初始气囊及系统循环过程中压力、气相饱和度、系统循环次数等参数进行分析.结果表明:经历完整一次循环后,地层中压力和气相饱和度变化较小;随着循环的继续,地层中可供储能释能循环的有效气相体积缓慢减少;周循环过程压力变化范围较大,对储能系统要求较高.含水层作为储气库进行压缩空气储能具有可行性,应根据实际地质条件进行相应系统设计.     

压缩空气与超级电容混合储能系统能量控制策略

结合压缩空气储能和超级电容储能两种储能方式的特点,提出了一种混合储能技术方案.压缩空气储能作为主要能量存储环节,实现大容量存储和持续的能量转化;超级电容储能作为辅助储能环节,实现功率快速响应和间断的能量补充.本文研究了混合储能系统的能量管理控制策略,提出了采用自适应功率调节和规则基础法控制来实现能量分配管理的策略,设计了15 kW混合储能系统的参数.仿真和试验验证了控制方案的可行性.     

一种压缩空气与抽水蓄能耦合的新型储能系统及热力学分析

提出一种压缩空气与抽水蓄能耦合的新型储能系统,包括压缩空气部分(CAES)和抽水压缩空气部分(PHCA),可实现压力能的梯级利用,改善两部分的各自运行工况,具有较高的电-电转化效率,同时也为浅层废弃隧道及洞穴利用提供了新途径。针对该系统的结构特点,首先对系统进行了热力学分析,分析表明：新型系统的电-电转化效率为53.82%,能量转化效率为41.06%;PHCA部分具有较高的效率,CAES部分具有较高的容量和储能密度。随后,对能量运转较为复杂的CAES部分进行了分析,结果表明：CAES部分的主要输入能量来自于压缩机(76.05%),最大损失发生在高压储气空间的节流(23.33%)和蓄热器的蓄热(22.9%)过程。最后,对该系统进行了敏感性分析,结果表明：增加两储气空间的压力差和提升再热温度均可以提升系统的性能,而提升再热温度的收益最大,系统的电-电转化效率最高可达77%。     

压气储能洞室气密性影响因素分析

压缩空气储能技术可以解决可再生能源发电的不稳定性和间歇性的缺点,而地下储气洞室是压气储能工程的重要组成部分.人工开挖并施作内衬的硬岩洞室因受地质条件限制小、适应范围广、气密性和稳定性好而受到关注.研究了内衬混凝土渗透率对洞室气密性的影响,基于达西定律,推导了计算储气洞室气体泄漏量的理论公式,获得了典型压缩空气储能压力条件下洞室内部气体的泄漏情况,并在此基础上分析了衬砌渗透率、衬砌厚度和洞室形状三种因素对气密性的影响.结果表明,在洞室内压8 MPa的情况下,利用P8等级的抗渗混凝土作为混凝土内衬,可以使洞室内气体日泄漏量低于1%,满足压缩空气储能电站的运行要求.同时,气体泄漏量随着内衬渗透率的增加而线性增加;在相同的渗透率条件下气体泄漏量随衬砌厚度的增加而减小;在相同容积条件下,圆柱形地下储气库的密封效果好于球形洞室.研究结果证明内衬硬岩洞室作为压缩空气的地下储气库在理论上具有良好的可行性.     

循环热力作用下压气储能洞室钢衬的疲劳耐久性

以大同云冈矿拟建的压气储能电站为例,构建压气储能洞室热力耦合计算模型,通过应力疲劳、应变疲劳、裂纹扩展疲劳3种疲劳分析方法对长期运行条件下钢衬的耐久性进行研究。结果表明：钢衬疲劳寿命计算中必须考虑裂纹扩展的影响,应力疲劳法和应变疲劳法由于没有考虑裂纹扩展的影响,会使疲劳寿命计算结果偏大;钢衬疲劳寿命主要受围岩弹性模量、洞室运营压力和初始裂纹尺寸影响,围岩弹性模量越大、洞室运营压力及初始裂纹尺寸越小,相应的钢衬疲劳寿命就越大;此外,钢衬疲劳寿命随着钢衬厚度的增加而增加,但存在一个最佳厚度,当钢衬厚度大于该厚度时,钢衬的疲劳寿命将不会有明显变化。     

蓄能型蛇形管太阳能?——空气源复合热泵系统实验研究

蛇形管蓄能型太阳能——空气源复合热泵系统结合了空气源热泵技术、太阳能利用技术和蓄能技术三者的优点,是一种高效新型的热泵系统。在搭建好实验台后,通过实验分析了该系统在常规空气源热泵供热模式、蓄冷模式、取冷模式、蓄能热泵供热模式、边蓄热边供热模式下的性能特性。实验结果证明蓄能型蛇形管太阳能——空气源复合热泵系统运行高效、安全、稳定可靠。     

喷气织机辅喷嘴对耗气影响的测试分析

针对辅助喷嘴对喷气织机的耗能影响做了测试分析，指出不同孔型的辅助喷嘴调节时应找出最佳安装偏角，保持同类型辅喷嘴间良好的一致性，可避免“假象汇交”，有效节能降耗．     

冰蓄冷技术在空调中的应用

目前生活水平的提高，空调应用的普及，已成为不可忽视的耗电大户，给电力供应带来很大压力，因此低能耗、可用电网低谷电的空调设备的研究开发就成了近年来空调、储能领域的国际性热门课题，其中冰蓄冷空调的研究和应用受到研究者重视。文章试图将冰蓄冷技术应用到空调设备中，并对此问题进行探讨。     

高速压缩空气对纤维分离的研究与应用

对纤维在喷嘴中产生的喷气流场中的受力和运动情况作了理论分析和推导,探索了利用高速压缩气流来分离纤维的可能性,在此基础上提出了一种新的纺纱方法——喷气自由端纺纱,并设计了纺纱装置进行纺纱实验,结果表明,这种方法纺出的纱具有一般自由端成纱的结构,且本方法利用高速气流来形成自由端和加捻成纱,不损伤纤维.     

基于石墨烯的功能化复合材料及其在电化学储能中的应用

能源问题是人类社会未来面临的重大挑战,从实现电能与化学能相互转换的角度而言,作为一种二维结构材料,石墨烯不仅可以构筑电子导电网络,也可实现对反应活性物种状态的设计和调控,进而改变反应的热力学和动力学,在电化学储能系统中具有十分重要的意义.本文主要介绍了石墨烯的制备方法及其在构筑电子导电网络以实现对反应活性物种状态的设计和调控方面的作用和功能,分别就其在构筑硫复合材料、氧化物复合材料、导电聚合物复合材料等方面进行了讨论,并结合相应的电化学储能系统评价这些复合材料的性能.