等温压缩空气储能系统液气传热特性研究

等温压缩空气储能（I CAES）无需补燃、能源利用率高且碳排放低,在大规模储能领域具有重要应用前景。在建立喷雾的I CAES系统的液气传热模型基础上,通过数值方法分析了喷雾流量对I CAES液气传热特性的影响规律。结果表明：采用喷雾方法能够有效抑制压缩和膨胀过程的温度变化、强化液气传热并实现理想I CAES过程;增大喷雾流量能够降低压缩功耗、提高膨胀做功并降低停机储气过程压损,可提高系统指示效率和储能效率。     

等温压缩空气储能技术综述

压缩空气储能是解决当前我国遇到的环境问题和能源问题的重要方式之一,其未来的发展方向至关重要。本文综述了不同压缩空气储能系统,通过能量循环效率公式分析了各系统的效率,简要介绍了等温压缩空气实现技术,并结合我国新能源利用率低的现状,提出了一种耦合可再生能源的等温压缩空气储能系统,该系统可作为未来我国压缩空气储能系统可持续的、清洁环保的发展方向。     

共享设备的恒压喷水压缩空气储能系统性能

提出一种新型恒压喷水压缩空气储能系统,利用废弃煤矿等地下洞穴,在水下布置尼龙布管储存压缩空气,形成以地下洞穴为下库,地面水池为上库的水力辅助恒压压缩空气储气体系;膨胀与压缩过程采用单级多缸随转式膨胀压缩两用机实现,导热油蓄能和放能过程采用共享设备原路返回方案。通过建立系统的热力学模型,分析了在空气入口处喷水控制压缩空气出口温度,以及由地下洞穴深度确定的压缩段出口空气压力,环境温度等因素对系统性能的影响。分析表明：在压缩机出口压力及温度为10 MPa和320℃、环境温度25℃、换热端差10℃和膨胀压缩两用机等熵效率0.85的工况条件下,储能系统转换效率达到66.6%。     

压缩空气储能系统的理论分析及性能研究

压缩空气储能技术和抽水蓄能技术是两种最具潜力的电能规模化储存技术。构建了四套压缩空气储能方案,结合热力学第一定律对高压储罐内压缩空气的温度与压力参数的变化规律以及不同储能方案性能进行了比较。研究结果表明,高压储罐在与环境换热较差时,高压储罐的充气过程会经历较为明显的温升现象。200 m3储罐以1.0 kg/s流速充气至10 MPa时,温升幅度为22.46 ℃,储气过程的温升现象降低了储罐的空气容纳能力。在压缩空气储能系统性能方面,四套储能系统的热耗位于4 100 kJ/kW·h至4 200 kJ/kW·h之间,系统效率位于52.30%与56.33%之间。在储能系统效率与对外输出电能总量指标上,高压储罐与环境之间换热性能较好的储能系统均要优于换热条件较差的储能系统。     

基于正交设计的压缩空气储能系统效率分析

根据压缩空气储能系统的结构特性,采用正交设计和数值模拟方法对压缩空气储能系统的压缩机绝热效率、级间冷却温度、储气室最低工作压力、回热度、膨胀透平绝热效率和燃烧室效率等6个参数进行实验设计和数值模拟,并对模拟结果进行效率分析.通过对实验结果的方差进行分析,得到设计参数对系统效率的影响程度.结果表明:在压缩空气储能系统中,压缩机绝热效率、级间冷却温度、回热度、压缩机绝热效率与级间冷却温度的交互作用、级间冷却温度与回热度的交互作用以及压缩机绝热效率与膨胀透平绝热效率之间的交互作用为影响压缩空气储能系统总过程效率的显著因素;在现有技术水平下,降低压缩机级间冷却温度和提高回热度是提高压缩空气储能系统效率的最佳选择.     

压缩空气储能系统分析及多目标优化

为解决压缩空气储能系统热力学性能与经济学性能相互制约的问题,本文同时考虑热力学性能与经济学性能对系统进行优化.首先建立了系统的热力学模型和经济学模型,研究了关键节点参数对系统性能的影响规律,在此基础上以热力学评价指标能量效率和经济性评价指标单位能量成本为目标函数对系统进行多目标优化.研究结果表明:增大膨胀比、提高透平入口温度能够提高系统效率、降低发电成本;系统最佳运行工况条件下,能量效率可达55.12％,单位能量成本为396.60$/kW.     

基于压缩空气储能的新型冷热电联供系统性能研究

为了解决用户负荷需求在时间上的变动和传统冷热电联供（Combine Cooling, Heating & Power, CCHP）系统大部分时间处于非设计工况下运行导致系统的能源利用效率较低的问题,提出了一种耦合压缩空气储能系统（Compressed Air Energy Storage system, CAES）和蓄热装置的新型CCHP系统（CAES based CCHP system,CAES CCHP）,建立系统的热力学模型,在给定的充、放电工作条件下对CAES CCHP系统的热力学性能进行分析,并对影响该系统性能的CAES压气机压缩比、透平进气口压力、流经CAES的烟气质量流量3个关键参数进行敏感性分析。研究结果表明：CAES CCHP系统能实现冷热电灵活调控,且系统的CAES功转换效率为57.41%,一次能源利用率、一次节能率及火用效率分别为76.22%,24.84%和31.97%,比传统的CCHP系统分别提高10.97%,18.15%和7.58%。     

一种新型压缩空气储能系统的理论分析

根据中国西部干旱、缺水、高风沙和限制使用天然气的地区特点,提出了一种压缩空气储能的技术方案,并对其储能过程和发电过程进行了热力学分析,重点分析了压缩过程指数、最高储气压力和透平进气温度对系统能量转换效率的影响规律。研究结果表明:(1)系统电耗随多变指数的升高基本保持不变,能量效率都随多变指数的升高而增加,而热耗随多变指数的升高而大幅减小。(2)系统电耗和热耗都随压缩空气储能系统高压储气室内压力的变大而增加,而系统的能量效率随压缩空气储能系统高压储气室内压力变大而减小。(3)系统电耗和热耗都随高压气体透平进气温度的升高而下降,而系统的能量效率随高压气体透平进气温度的升高而升高。该研究对在中国开展和大规模推广应用压缩空气储能技术具有一定的参考价值。     

含射气抽气器配气机构对蓄热式压缩空气储能系统释能功率的影响

以10 MW含射气抽气器配气机构蓄热式压缩空气储能(TS-CAES)系统为对象,探讨低压气源的合理选取、低压气源参数对释能功率的影响。首先,就低压卷吸气的五种来源,分别考虑计及或不计卷吸气额外再热两种情况,给出了相应的释能功率及其增量,以及卷吸气额外再热对释能功率增量贡献的效率。基于该模型,通过嵌入TS-CAES系统的宽范围稳态工况特性,分析了射气抽气器提升TS-CAES系统释能功率的详细机理,给出了低压气源的最优选取方案。     

耦合抽水蓄能的压缩空气储能电站概念研究

目的  储能是发展新能源、实现碳达峰碳中和目标的基础条件,其中抽水蓄能是最主要的储能方式,但是抽水蓄能依赖地理条件,需要占用大量自然资源,优良的厂址资源十分有限。为了缓解抽水蓄能厂址资源需求与自然资源稀缺的矛盾,提出了一种耦合抽水蓄能的压缩空气储能系统,并从研究思路、概念方案和工程可行性进行分析,从而为抽水蓄能产业发展提供创新解决方案。 方法  围绕提高能量密度,以减小水库容量、降低水库高度差为突破点,运用压缩空气排水的方法,将水泵水轮机替换为压缩机和膨胀机,下库改为封闭结构的承压容器。储能时,压缩机将空气压缩至高压充入下库,并推挤下库内的水至上库。释能时,水从上库返回下库,下库内的压缩空气被推挤出,并经膨胀机释放。这可使相同条件下抽水蓄能的能量转换量提高数倍。为了论证耦合抽水蓄能的压缩空气储能电站的储能效果,设置上、下库高度差300 m,按照低性能和高性能两套设备参数,对40 MW/200 MWh的概念方案进行热力学分析和储能效率计算。 结果  结果表明：在低性能参数条件下,储能效率65.68%,在高性能参数条件下,储能效率70.81%;能量密度1.67 kWh/m³。 结论  耦合抽水蓄能的压缩空气储能系统可使水库容量或高度差大幅减小,大大降低厂址要求,并可使发展抽水蓄能受限的地区具备开发条件,且关键设备成熟,单位造价与常规抽水蓄能相近,技术经济上可行。     

基于FLUENT的换热管换热性能分析

通过几种不同结构的换热管,利用FLUENT软件的SIMPLE算法及κ-ε模型对换热管的换热特性进行了耦合换热仿真。主要分析了进口温度为385 K(112℃)时换热管内空气温度及压差的变化,仿真结果表明,换热管的综合换热能力与换热管的横截面积以及内通道突起有关,并给出了定性的分析结论,为设计综合性能更好的换热管提供了理论依据。     

基于风光互补发电系统的压缩空气混合储能系统容量优化

压缩空气储能系统可以有效减少因风能和太阳能随机性造成的弃风弃光现象,但其动态响应时间长,且存储规模配置不合理会影响其发展。为此首先提出液流电池与压缩空气储能组成混合储能系统解决并网型风光互补发电系统输出波动不稳定的问题;其次基于典型小时负荷、风力机发电功率和光伏发电功率,针对不同场景,以系统最大收益为目标函数,利用猫群算法优化压缩空气储能系统的容量配置;最后分析压缩空气储能系统的额定容量与额定功率对系统最大收益的影响,验证算法可靠性。结果表明,基于风力机与光伏系统的装机功率分别为20 MW和3.42 MW的场景,压缩空气储能系统容量配置为4 MW和46.5 MW·h时,其经济性最佳,每周可节约购电成本183 688.24元,周最大收益为30 543.86元。     

基于喷气射流装置的压缩空气储能透平进气调节系统

压缩空气储能系统的空气压力参数特性与膨胀透平发电机启动的参数要求相矛盾,使得机组在启动过程中升速和低功率时不易控制。通过对喷气射流装置的热力特性进行分析,设计基于喷气射流装置的改进型压缩空气储能系统,制定启动阶段控制策略,可以将压缩空气的高焓值小流量转化为混合气体的低焓值大流量,能够提高压缩空气储能冲转阶段和低负荷阶段的控制精度,达到膨胀发电机启动时的参数要求,实现压缩空气储能系统参数特性的解耦,而且能够提高系统效率。     

基于压缩空气储能的CCHP系统特性研究

以先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）为基础,构建冷热电联产（CCHP）系统,对比4种不同储气室和运行方式方案下的系统特性,并针对关键参数进行敏感性分析。结果表明,采用恒温储气室且滑压运行时系统储能效率和效率最高;采用恒温储气室且恒压运行时系统能量密度最高。第二级换热器损最大,是提高系统性能时的首要优化目标。当换热器效能提高时,储能效率、效率均出现折点。储气室最大压比越大,系统储能效率和效率越低,能量密度越高。采用恒温储气室时,系统不受压缩/膨胀影响;采用恒壁温储气室时,较高的压缩/膨胀功率有利于提高储能效率和效率,但压缩功率升高会降低能量密度。     

匹配新能源电能并网的压缩空气储能站性能研究

  [目的]  压缩空气储能系统在电能释放环节依托节流降压阀进行调压的方法,存在较大的空气压力能损失,降低了压缩空气储能系统的能量转换效率。  [方法]  引入喷射调压理论,通过高压流体对低压流体的自动卷吸作用获得中压流体的方法来完成调压过程,减少由节流降压阀引起的压力能损失。在研究过程中,分别构建了融合“节流阀调压”、“固定式匹配器调压”以及“可调式匹配器调压”三种不同调压方式的压缩空气储能系统并进行了性能比较分析。  [结果]  研究结果表明:“固定式匹配器调压”方法与“可调式匹配器调压”方法通过压力能回收,使得首台膨胀机可做功气流总量分别增加了2%与4.1%,储能系统的能量转换效率也由节流阀调压储能系统的59.26%分别提升至59.60%与59.97%。  [结论]  性能优化后的压缩空气储能系统能够服务于新能源电能并网需求,通过储能站与新能源电能发电站形成联合体的方式,促进新能源电能的消纳。     

压缩空气/二氧化碳储能系统的运行方式研究

为深入研究不同工质和输出方式对太阳能-先进绝热压缩空气/二氧化碳联合储能系统性能的影响,提出4种运行方案.通过仿真计算,对比分析4种不同方案下系统的热力学与经济学特性,并研究关键参数对系统性能的影响.结果表明:采用二氧化碳为工质,只输出电能时系统的储能效率最高.而采用二氧化碳为工质,同时输出电能和热能时系统的年利润率最...     

基于熔盐蓄热的非补燃式压缩空气储能系统研究

本文设计了一种基于三元熔盐蓄热的非补燃式压缩空气储能系统方案,分析了压缩空气储能系统采用三元熔盐作为蓄热介质替代导热油的优势,应用热力系统仿真软件建模,完成了系统整体性能核算研究,合理匹配出60MW等级的非补燃式压缩空气储能系统蓄热设备进出口参数以及三元熔盐用量。本研究可为现有压缩空气储能技术的降本提效提供参考。     

太阳能热水系统中换热系统采用乙二醇型防冻液时的膨胀定压计算分析

为了提高太阳能热水系统中换热系统膨胀定压设计的准确性,本文通过对3种采用不可压缩换热工质的闭式循环换热系统的特点进行对比,以及对我国北方地区的太阳能热水系统中换热系统采用单膨胀罐形式时的膨胀定压设计进行了理论分析,给出了膨胀罐的预存压力、最大工作压力、所需容积的确定方法,并针对工程应用对采用乙二醇型防冻液作为换热工质时...     

柴油机压缩空气补气系统的车载实验研究

柴油公交车在起步和急加速时,由于发动机转速上升缓慢以及增压器的响应滞后使得进气量跟不上供油量的变化,造成烟度排放增加。为了解决这一问题,本文研究了一种用于车载的压缩空气补气系统。在发动机怠速及减速过程中,辅助空气压缩机向高压储气罐充气;当发动机加速时,由电控单元控制的电磁阀将低压气罐中的压缩空气直接喷入进气管,增加气缸充量。车载实验结果表明,该系统可满足实际应用的要求,显著减少了柴油机加速时的烟度排放。