储气室热力学特性对AA-CAES性能的影响

储气室是先进绝热压缩空气储能系统(AA-CAES)中主要的储气装置,其特性对储气室内空气的温度和压力变化有重要影响。为了更加准确地描述系统运行过程中储气室内空气的热力变化过程并探究储气室热力学特性对系统性能参数的影响,本文建立壁面温度恒定的非绝热储气室模型,联合系统其他部件模型,求解AA-CAES系统热力学模型。分析模型求解结果可以发现,在设计系统参数下,储能效率为0.5839,储能密度为1.5954 k W·h/m~3,在运行过程中储气室整体表现为对外放热;绝热模型下系统储能效率最高,恒温模型下系统储能密度最大,在实际运行中系统性能参数较低,因此储气室热力特性有待优化;提高储能和释能功率可以使储能效率提升,其中储能功率变化对储能效率的影响更大。     

基于全寿命周期成本的压缩空气储能系统储气装置经济性分析

综合考虑压缩空气储能系统经济性对于储能系统的设计和大规模应用具有重要意义。本文基于全寿命周期成本模型分析的方法,建立了不同类型的储气装置成本模型。通过计算储气装置的理论金属消耗量、储气装置的数量,同时在考虑制造难易程度的基础上来确定不同类型储气装置的最佳参数。通过对不同类型的储气装置进行全寿命周期成本分析和比较,可作为设计压缩空气储能系统及其经济性分析的参考。储气装置的全寿命周期成本（LCC）包括早期和后期成本。早期成本主要由原材料和设备成本构成,后期成本主要是运行维护成本。根据分析结果,储气管道的投资成本最低,且没有压力限制。地面储气装置的设备成本一般在2USD/kW·h左右。在确保安全的前提下,降低地面储气装置的LCC有利于压缩空气储能系统的推广实施和工程应用,大规模、有效地提高可再生能源的利用率,降低可再生能源的间歇性对电网运行的影响。     

CaO基材料储能辅助燃煤电站碳捕集研究进展

化石燃料大规模燃烧产生的CO_2加剧了温室效应,钙循环技术不仅能实现低能耗碳捕集,也是热化学储能的重要方法之一。为应对全球气候变暖问题,可再生能源大规模开发与利用,太阳能具有大规模工业应用的广阔前景。然而,太阳辐射具有间歇性,热化学储能技术应运而生。笔者介绍了燃煤电站CaO储能辅助碳捕集系统以及太阳能热发电站基于钙循环的高温储能技术,分析了煅烧条件、材料颗粒粒径等因素对CaO基材料循环储能性能的影响,并介绍了提高CaO基材料储能活性和稳定性的多种方法:用机械掺混、化学燃烧合成等方式制备CaO/Al_2O_3、CaO/MgO、CaO/SiO_2多种复合储能材料。结果表明,燃煤电站CaO储能系统可提高发电效率、减少机组煤耗量、实现CO_2减排;CaO/CaCO3高温热化学系统储能密度高达3. 2 GJ/m~3,储能循环稳定性高,能够实现能量长期无热损储存;惰性载体(Al_2O_3、MgO、SiO_2)的加入可以提高CaO储热循环活性和稳定性。基于CaO基材料碳酸化/煅烧反应(钙循环)的高温热化学储能具有巨大应用前景。此外,分析了当前CaO基材料储能存在的问题以及研究难点,并对储能研究方向进行展望。目前CaO基材料储能循环活性降低,高效储能装置距离实际应用还有一定差距。CaO基储能材料制备应向高储能密度、高循环活性方向发展,整体发电效率提高是储能系统优化的关键。     

固相反应法制备高储能密度及高储能效率的驰豫型反铁电PLZT陶瓷

通过固相反应法制备了锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷并研究了其储能特性。根据室温下PLZT相图制备了反铁电相和弛豫型铁电体相相界附近的PLZT陶瓷,并选择储能密度和储能效率相对较高的组分通过流延法制备了陶瓷厚膜,并通过电滞回线计算样品的储能密度和储能效率。结果表明:所制备的样品同时表现出反铁电特性和弛豫型铁电体特性,样品室温下的储能密度能达到0.61 J/cm~3,同组分厚膜陶瓷室温下储能密度能达到1.414 J/cm~3;样品储能效率能达到94.4%;且样品的储能密度和储能效率随温度的变化表现出不同的变化趋势。     

钛酸锶钡(Ba0.7Sr0.3TiO3)厚膜陶瓷的大电卡效应和储能密度EI北大核心CSCD

采用固相反应法制备了钛酸锶钡（Ba0.7Sr0.3TiO33）精细粉体,通过流延法制备出厚度约55μm的厚膜陶瓷。利用X射线衍射和扫描电子显微镜分析了样品的物相组成和微观形貌。利用阻抗分析仪和铁电电滞回线测试仪测量了厚膜陶瓷样品的介电性能和铁电性能。根据Maxwell关系估算了电卡效应,并根据电滞回线计算了储能密度和储能效率。结果表明：钛酸锶钡（Ba0.7Sr0.3TiO33）厚膜在330 K（57℃）Curie温度附近、30 MV/m电场下绝热温变达到3.43 K,同时在30 MV/m电场时储能密度达到1.43 J/cm^3,显示出良好的电卡性能和储能特性。     

相变微胶囊悬浮液储能系统放冷特性实验研究

利用相变材料定温储能特性,搭建了以水为换热流体、相变微胶囊（MPCM）悬浮液为储能介质的潜热储能系统。采用放冷速率、相变完成率、单位体积放冷量和对流传热系数表征实验系统的放冷特性,通过该潜热储能系统与以纯水为工作介质的显热储能系统的对比,分析了循环水体积流量以及搅拌速率对系统放冷性能的影响。结果表明：MPCM主要在17~19℃范围内发生相变,当悬浮液温度到达20℃时,其相变完成率接近90%;增大循环水流量可以提高放冷速率,循环水体积流量为6 L·min^-1时,MPCM悬浮液的放冷速率在相变区间最高可达1.52 kW,相较于显热储能系统提升了70%;在0~200 r·min^-1的范围内,增大搅拌速率可增大MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数,搅拌速率为200 r·min^-1时,MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数分别为73.86 MJ·m^-3和2176 W·m^-2·K^-1,比显热储能系统分别高1.66倍和1.87倍。     

基于热管的储能型热管理系统的实验探究

基于相变储能系统的储能及热管理性质,结合热管的热超导性与均温性,设计了一种耦合热管的储能型热管理装置。对装置在不同工况下进行测试,获得了装置各部分的温度分布及热管热阻变化。结果表明,引入储能模块可有效降低系统中热管热阻及蒸发端温度,保证了热管良好的均温性质,其中在20～160 W热输入区间测试时,添加储能单元的系统热管热阻降低了35.5%～44.5%,在80 W热输入时存在热阻最小值为0.053 91℃/W。通过对比装置不同放置角度下相变材料(PCM)熔化特性及热管性能发现,水平放置时自然对流影响更为显著,PCM熔化速率更快,熔化更均匀,储能装置中PCM储能效果更佳,系统热阻最小。同时,由于PCM存储了一部分输入热量,可达到一个优异的热管理效果,有效地提高了系统的稳定性及可靠性。     

不同半径比对复合材料飞轮转子的影响比较

复合材料飞轮转子的结构设计对储能量有较大影响,其速度的控制有局限性,受多种因素的影响。通过对飞轮系统储能量及储能密度的量化计算,得出影响飞轮储能密度的重要因素,同时对飞轮转子系统进行力学模型的创建,为进一步分析提供了理论基础;选取不同的内外半径比值研究飞轮转子的应力变化,最终确定飞轮转子内外半径比的选用准则,具有实际意义。     

通过晶界工程提升Tm掺杂反铁电陶瓷储能性质

反铁电陶瓷材料由于其相变储能特性,在脉冲电容器领域引起广泛关注。然而,低的储能密度和储能效率难以实现器件的小型化,高功率化,阻碍了基于反铁电陶瓷脉冲电容器的实际应用。本工作采用流延法制备(Pb₍(1–1.5x))Tm_x)(Zr_0.55Sn_0.44Ti_0.01)O₃(x=0.00、0.02、0.04、0.06)反铁电陶瓷,通过构建晶界阻抗策略,改善电学性能,提高击穿强度,进而达到提高其储能密度的目的。系统地研究了掺杂不同含量的Tm³⁺,对(Pb₍(1–1.5x))Tm_x)(Zr_0.55Sn_0.44Ti_0.01)O₃陶瓷的相结构,微观形貌,介电性能,储能特性,电学性能以及放电行为的影响。结果表明,随着Tm³⁺含量的增加,晶粒逐步细化,界面数量增加,致使反铁电陶瓷由晶界–晶粒阻抗作用转变为...     

飞轮储能在风电系统中的应用及仿真分析

在飞轮储能系统基本结构和工作原理的基础上,对其在独立运行和并网型风力发电系统中的应用进行了阐述,并以Matlab为平台搭建了飞轮储能系统的仿真模型。由于充电模型和放电模型仅转子运动方程部分不同,所以仅建立了充电模型,其中包括电机模块、位置检测模块、系统控制器模块和输出电压模块。最后,基于所建立的仿真模型,对充、放电完整过程进行了仿真,并分析了改变转动惯量、摩擦系数和磁极对数对系统转速性能所造成的影响。由于仿真结果和理论分析一致,证实了所建立的飞轮储能系统的正确性。     

氯化锰/氨热化学吸附储热的特性

热化学吸附储热具有储热损失小、储热密度高、可实现冷热复合储存等优点，近年来得到了广泛的关注。本文以MnCl₂/NH₃作为吸附储热工质对，基于热化学吸附技术构建了热化学吸附储热实验平台，对MnCl₂/NH₃热化学吸附系统的储热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明：在解吸充热温度、吸附放热温度、冷凝/蒸发温度分别为162℃、45℃和25℃的运行条件下，试验获得的吸附储热密度最大，其值为1296.36kJ/kg MnCl₂或1101.90kJ/kg固化复合吸附剂。当放热温度从45℃增大到85℃时，热化学吸附储热系统的吸附储热效率从38.98%降低至24.08%。由于传热传质、化学反应动力学等因素的影响，相同运行工况下吸附储热系统实际所获得的储热性能要低于理论值。     

Optimization of high temperature energy storage properties of PEI-based composite dielectric based on rapid in-situ growth of inorganic functional layer

The serious deterioration of the energy density of polymer energy storage dielectrics in high temperature environment is the main reason to curb the in-depth application of dielectric film capacitors in the field of modern electrical and electronic engineering. Here, aiming at the problem of low dielectric constant of polymer dielectric, a simple, low-cost method is proposed to grow inorganic polar functional layer on surface of polymer film in situ, which effectively improves the polarization characteristics of polymer dielectric at high temperature. The in situ growth of Ti(OH)₄ inorganic polar functional layer on surface of polyetherimide (PEI) film noteworthy to improve the energy storage performance of dielectric film. The energy storage density of 4.59 J/cm² is obtained at 150°C and 600 MV/m, which is 1.18 times that of PEI film under the same condition. The significant enhancement of high temperature energy storage density can be attributed to introduction of functional layer, which effectively improves the dielectric properties and polarization intensity of dielectric film. Furthermore, the facile preparation method provided in this paper can be applied to various thin films under the premise of controllable cost, which is of great significance to improve the high temperature energy storage characteristics of polymer dielectric.     

半固态储能电池的研究进展

半固态储能电池结合了可充电电池的高能量密度和液流电池设计灵活的优点,是一种新型电化学储能技术,近年来受到人们的广泛关注。通过综述半固态电池在锂离子电池、锂硫电池、锌电池、空气电池、有机电池及其他不同类型的储能电池领域的研究进展,并探究了半固态电极中的活性材料、导电剂、电解液及电池结构对半固态电池性能的影响,进而对半固态电极发展中存在的问题进行了分析和总结,发现通过开发新材料与新化学体系,可有效提高半固态电池的性能。最后提出展望,今后半固态电池的研究重点为提高电池能量密度、循环稳定性以及降低浆料黏度等。     

太阳能热化学储能研究进展

太阳能热发电技术对缓解全球资源紧张和改善环境有广阔的应用前景,大规模高温无损储热是太阳能热发电系统的关键。本文通过对显热储能、潜热储能和热化学储能3种热能储存方式的比较,认为热化学储能方法由于储能密度高,且可长期在环境温度下无热损储存,因而为太阳能热发电中的高温热能储存提供了一种潜在的方法。并对热化学储能在太阳能热力发电的应用上进行了技术经济分析,综述了几种有前景的热化学储能体系的研究进展,总结了各种储能体系的现存问题。根据热化学储能方法在实用化过程中存在的技术经济问题,指出了热化学储能技术的未来研究方向是储能反应器的设计、能量储存/释放循环性能探究、储能体系的选择及热化学储能系统的中试放大研究等。     

太阳能甲烷干重整复杂反应体系的热化学储能特性

基于热力学第一和第二定律对太阳能甲烷干重整复杂反应体系的热力学特性进行建模分析,研究该体系在不同太阳光照强度时的反应器温度响应及热化学储能特性,以及副反应和各部分能量损失对整个体系能量效率的影响规律。通过平衡常数法计算反应器平衡状态时的物质组成,并进而利用热力学模型计算不同条件下入口气转化率、选择性、功效率和能量转换效率的变化规律。结果表明：进料比n(CO₂)/n(CH₄)的升高有助于提高甲烷转化率、选择性、功效率和能量转换效率;反应器温度的变化对系统热化学储能特性的影响显著,在较低温区（923～1123K）,副反应较多,且随着温度的升高副反应逐渐受到抑制,积炭减少,功效率和能量转换效率逐渐升高,并在1123K时达到峰值;温度继续升高（>1123K）,反应器辐射损失显著增加,导致功效率和能量转换效率随温度升高而降低;高温区（>1200K）,副反应受到抑制,复杂反应体系的系统效率同单一反应体系趋于一致,副反应基本对系统性能无影响。     

基于增压吸收的吸收式蓄能装置的性能分析

吸收式蓄能技术具有蓄能密度高、热损失小等特点,是一种具有发展潜力的蓄能技术,但目前的技术尚存在吸收效果差、效率不高等问题。提出基于增压吸收的吸收式蓄能方法,并阐述其装置的工作原理和特点,通过数学模型研究在不同工况下增压对其热力学性能的影响规律。结果表明：当蒸发温度与发生温度越低、冷凝温度越高时,增压器改善吸收式蓄能循环的性能系数（COP）越明显;与无增压吸收式蓄能循环相比,蓄能密度（ESD）得到提高,当增压比为3时,其ESD可提高30%～295%。     

电热水器内部结构优化及储能特性研究

将相变储能技术应用于电热水器,并通过添加石墨纳米颗粒改善相变材料的导热特性,对其储能过程进行调节,可以起到"移峰填谷"的作用.建立了四种不同结构的电热水器三维模型,模拟了电热水器内部速度场与温度场分布特性.考察了进出口水管结构、电加热管布置方式、保温层结构等因素对热水器内部流场及传热特性的影响,研究了不同储能层厚度对电...     

MnCl2-CaCl2-NH3再吸附温度提升系统储能特性

吸附储热因其储热密度高、储热周期长、工作模式灵活而备受关注。基于热化学变温再吸附原理,构建了低品位热能温度提升实验系统,并采用吸附工质对MnCl₂-CaCl₂-NH₃对其升温储能特性进行了理论分析和实验研究。结果表明在储热、释热温度分别为135℃和140℃的条件下,最大储热密度和最大潜热显热比分别为614 kJ·kg^-1、0.418。在储热、释热温度分别为125℃和130℃的条件下,最大储热效率为28.57%。实验验证了热化学温度提升系统的可行性。     

基于活性碳纤维毡复合吸附剂的储热性能

研制了一种以活性碳纤维毡为基质、氯化锂（LiCl）为吸湿盐的复合吸附剂,并辅以硅溶胶进行固化成型。该复合吸附剂可用于以水为吸附质的热化学吸附储热系统,并对其微观结构、吸附性能和储热性能进行了表征研究。制备了不同含盐量的复合吸附剂样品,并根据样品的溶液泄漏现象,确定ACFLi30为最佳样品。通过试验测量,获得ACFLi30样品的热导率、孔比表面积、孔体积和孔径等参数。并对多种温湿度工况下的平衡和动态吸附性能进行测试,研究了不同温湿度条件下样品的吸附特性。结果表明样品的吸水量可达1.1 g/g（20℃、75% RH）。利用同步热分析仪测试了复合吸附剂的储热密度,ACFLi30的质量和体积储热密度分别达到1.08 kW·h/kg和588.2 kW·h/m³。与膨胀蛭石和活性氧化铝等基质相比,活性碳纤维毡基质在体积储热密度更具优势。