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【前沿科技】国内外压缩空气储能最新研究进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-09-15  浏览次数:259
核心提示:山东大学高等技术研究院开展一种经济灵活的热电厂与压缩空气储能一体化系统的研究技术领域:压缩空气储能开发单位:山东大学高等
 山东大学高等技术研究院开展一种经济灵活的热电厂与压缩空气储能一体化系统的研究

技术领域:压缩空气储能

开发单位山东大学高等技术研究院 宋继伟

文章名称:Congyu Wang , Jiwei Song,et al. Integration of compressed air energy storage into combined heat and power plants: A solution to flexibility and economy. Energy Conversion and Management, 2023. 

技术突破:提出了一种具有更高运行灵活性、能效和往返效率(RTE)的新型热电联产-CAES系统,CHP-CAES系统的最大能效提高到69.57%。此外,CAES系统的RTE提高到77.05%。

应用价值:热电厂与压缩空气储能系统耦合,提升了能源系统的灵活性,在推动可再生能源利用方面具有重要作用。

 

热电联产(CHP)电厂能够为电网提供一定的灵活性,然而,可再生能源的高渗透率由于其间歇性和不可控性而威胁到电网的稳定运行。随着中国能源结向低碳清洁发展,电能存储(EES)将逐渐取代热电联产成为电网灵活性的新的主要提供者。因此,在现阶段,提高热电联产的灵活性和大规模发展EES是提高电网稳健性的两个重要举措,为了提高热电联产的灵活性和CAES的效率,已经进行了广泛的研究。然而,关于CHP和CAES的研究大多是分开的,但CHP和CAES具有良好的利益趋同性且有望合并成一个混合系统,这一点尚未得到很好的研究。
为解决上述问题,来自山东大学高等技术研究院的研究人员提出了一种具有更高运行灵活性、能效和往返效率(RTE)的新型热电联产-CAES系统,如图所示,CHP-CAES系统由三部分组成,即一个燃煤热电联产电厂、一个CAES系统和一个次区域供热网(DHN)。该系统的新颖之处在于,CAES在充电过程中释放的压缩热可以被热电联产回收,CAES排放过程中消耗的热量来自DHN而不是热电联产。作者通过能量平衡矩阵方程建立了CHP -CAES系统的热力学模型并验证系统设计的理论可行性。对CHP-CAES系统的运行灵活性、能量转换和RTE进行了研究。结果表明,当CHP-CAES系统的输出热量为设计值150 MW时,功率过载能力可提高3.04%,可行最小负荷可降低设计功率的2.00%。与单独的热电联产系统相比,CHP-CAES系统的最大能效由68.38%提高到69.57%。此外,CAES系统的RTE由64.35%提高到77.05%。针对可再生能源调节方案,提出了该热电联产-CAES系统的优化调度策略。结果表明,集成CAES系统后,供需不平衡从416.68 MWh明显降低到1.01 MWh。简而言之,CAES为CHP提供了额外的灵活性和盈利能力,CHP反过来提高了CAES的RTE。(编译:周冰倩,张新敬 INESA)

弗吉尼亚大学开展基于喷雾传热的压缩空气储能的往返效率的预测研究

技术领域:等温压缩空气储能

开发单位:弗吉尼亚大学 Juliet G. Simpson

文章名称:Juliet G. Simpson , Chao Qin,et al. Predicted roundtrip efficiency for compressed air energy storage using spray-based heat transfer. Journal of Energy Storage, 2023. 

技术突破:在质量负载为14且Crowe数<0.1且压力比为10时,往返等温效率达到95%左右的峰值。

应用价值:比较了压缩和膨胀过程的热力学特性,该研究对于提高CAES系统的效率,节约能源资源以及推动可再生能源发展具有重要作用。

 

随着越来越多的电力来自可再生能源,需要经济且长期的储能方案来满足电力需求。压缩空气储能(CAES)作为一种低成本、长时间的储能方案具有很大的潜力,等温压缩空气储能(ICAES)利用压缩和膨胀过程中增加的热传递来减少压缩空气中的温度变化,并提高整体等温效率。实现近等温空气压缩和膨胀的一种方法是在该过程中注入水滴。喷雾喷射具有较大的热质量,可以在压缩过程中从空气中吸收热量,并在膨胀过程中将热量传递给空气。许多的研究集中在压缩部分(而不是膨胀部分或整个往返过程)。然而,对膨胀过程的热流体机制和控制无量纲参数知之甚少,这在以前被认为反映了压缩过程。此外,还没有研究等温往返效率和基于喷雾的CAES的影响。对于非等温过程,压缩和膨胀不是相同的过程,因此即使采用相同的系统参数,相同的系统设置也会具有不同的压缩和膨胀效率。当设计用于长期储存的近等温CAES系统时,优化往返系统是至关重要的,并且可能给出与单独优化压缩或膨胀不同的结果。因此,有必要对往返等温CAES系统进行进一步的研究。
为解决上述问题,来自弗吉尼亚大学的研究人员使用一个经过验证的喷射压缩和膨胀的一维模型来完成参数分析,对不同的气缸尺寸、活塞速度、压力比、喷雾流量和水滴直径进行了参数分析,发现质量负荷(ML)和Crowe数(Cr)是控制往复效率的关键无量纲参数。压缩和膨胀过程的喷雾过程如图所示,比较压缩和膨胀模拟的结果,发现对于相同的设置,压缩比膨胀具有更高的等温效率。随着无量纲质量载荷的增加和无量纲Crowe数的减少,压缩和膨胀的多变指数趋于降低并接近理想的等温极限。作者还提出了一个理论上的热平衡极限,用于预测极小水滴情况下的多变指数。为了提高往复效率,需要考虑平衡喷雾功和喷雾热传递的竞争效应。结果表明,效率最高的是具有低压缩速度和高喷雾流速以实现高质量负载的设计,以及具有小液滴以实现低Crowe数的设计(忽略喷雾功)。若包括喷雾功,最佳喷雾条件转移到具有较大液滴尺寸的条件。例如,在质量负载为14且Crowe数<0.1且压力比为10时,往返等温效率在95%左右达到峰值。近等温CAES压缩和膨胀是可能的,但对于较大的质量载荷(例如大于1),应考虑喷雾功。(编译:周冰倩,张新敬 INESA)

来源:国际储能技术与产业联盟

 
 
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