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          國(guó)內(nèi)外壓縮空氣儲(chǔ)能最新研究進(jìn)展

            【壓縮機(jī)網(wǎng)】華北電力大學(xué)開(kāi)展新型蒸汽噴射絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱力學(xué)研究

            技術(shù)領(lǐng)域:絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能

            開(kāi)發(fā)單位:華北電力大學(xué) 冉鵬

            文章名稱:Peng Ran, Haiyang Zhang, et al. Thermodynamic analysis for a novel steam injection adiabatic compressed air energy storage hybrid system. Journal of Energy Storage, 2022.

            技術(shù)突破: 新型SI-ACAES系統(tǒng)渦輪功率提高了6.63 MW,往返效率提高了3.7%,壓縮熱利用效率提高了9.3%,火用效率提高了2.1%。

            應(yīng)用價(jià)值: 提高ACAES系統(tǒng)的裝機(jī)容量和產(chǎn)量。

            壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能容量大、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),因此CAES系統(tǒng)越來(lái)越受到研究者的重視。CAES系統(tǒng)主要分為絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能(A-CAES)系統(tǒng)和非絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(D-CAES),雖然D-CAES系統(tǒng)的效率低于A-CAES系統(tǒng),但由于A-CAES系統(tǒng)沒(méi)有利用化石能源,所以該系統(tǒng)單位質(zhì)量的發(fā)電量較小。CAES系統(tǒng)可以通過(guò)耦合其他系統(tǒng)或加入其他技術(shù)如蒸汽注入技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的輸出功率和效率。然而,耦合系統(tǒng)和蒸汽注入技術(shù)會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本,而且蒸汽注入技術(shù)仍然使用化石能源對(duì)壓縮空氣進(jìn)行預(yù)熱,造成環(huán)境污染問(wèn)題。

            為解決上述問(wèn)題,來(lái)自華北電力大學(xué)的研究人員提出了一種新型蒸汽噴射絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能(SI-ACAES)混合系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)添加飽和器,回收并利用壓縮熱對(duì)釋放的空氣進(jìn)行加濕和預(yù)熱,以增加渦輪入口工質(zhì)質(zhì)量流量,從而提高循環(huán)效率,提高發(fā)電量,以獲得更好的系統(tǒng)性能,SI-ACAES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中,換熱器7的主要功能是利用余熱對(duì)進(jìn)入飽和器的空氣進(jìn)行加熱。換熱器8的主要功能是回收節(jié)流后的熱量。飽和器的主要作用是增加空氣進(jìn)入渦輪前的濕度和溫度。熱力學(xué)研究結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的A-CAES系統(tǒng)相比,SI-ACAES系統(tǒng)的渦輪功率提高了6.63 MW,往返效率(RTE)提高了3.7%,壓縮熱利用效率(CHUE)提高了9.3%,?效率(ERTE)提高了2.1%。分析不同參數(shù)對(duì)SI-ACAES系統(tǒng)性能影響的結(jié)果表明,當(dāng)環(huán)境溫度升高或節(jié)流出口壓力增大時(shí),SI- ACAES系統(tǒng)的RTE、ERTE和CHUE均有所提高。當(dāng)飽和器進(jìn)水流量增大時(shí),SI-ACAES的RTE和ERTE先增大后減小。當(dāng)換熱器8入口空氣流量增大時(shí),SI-ACAES系統(tǒng)的ERTE先增大后減小,RTE先增大后不變,CHUE先減小后不變。?分析表明,ERTE隨節(jié)流閥出口壓力的增大而增大,當(dāng)飽和器進(jìn)水流量和換熱器8進(jìn)水流量增大時(shí),?效率先增大后減小。(編譯:高梓玉,張新敬 INESA)

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            美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)開(kāi)展對(duì)利用等溫循環(huán)的海上含鹽含水層壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能能力的研究

            技術(shù)領(lǐng)域:等溫壓縮空氣儲(chǔ)能

            開(kāi)發(fā)單位:弗吉尼亞大學(xué) Jeffrey A. Bennett

            文章名稱: Jeffrey A. Bennett, Jeffrey P. Fitts, et al. Compressed air energy storage capacity of offshore saline aquifers using isothermal cycling. Applied Energy, 2022. 

            技術(shù)突破: 確定了地下參數(shù)含水層滲透率和厚度是影響系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù),近等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)可使O-CAES往返效率高達(dá)62%。

            應(yīng)用價(jià)值: 提出了一種評(píng)估利用等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)和含鹽含水層的O-CAES系統(tǒng)性能和存儲(chǔ)潛力的方法。

            隨著海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)日趨增多,由于風(fēng)能是間歇性發(fā)電,因此需要增加電網(wǎng)的靈活性,選擇合適的儲(chǔ)能技術(shù)以可靠地滿足電力需求。雖然海上腐蝕性環(huán)境非常具有挑戰(zhàn)性,但空氣在入口處通過(guò)合適的過(guò)濾器,可以實(shí)現(xiàn)海上壓縮空氣儲(chǔ)能(O-CAES),并廣泛用于石油和天然氣行業(yè)。O-CAES是一種利用含鹽含水層作為儲(chǔ)層,利用等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)注入和提取空氣的儲(chǔ)能方案。目前研究表明,O-CAES的等溫循環(huán)通過(guò)如噴霧噴射、鋼絲網(wǎng)或水泡沫等技術(shù)強(qiáng)化換熱,以實(shí)現(xiàn)近等溫壓縮和膨脹,從而提高系統(tǒng)往返效率。雖然在實(shí)驗(yàn)室條件下已經(jīng)顯示出等溫O-CAES在低壓比下的潛力,但在商業(yè)規(guī)模下的高壓比等溫O-CAES的性能仍存在不確定性。此外,等溫O-CAES采用地下含鹽含水層儲(chǔ)存空氣,地下性質(zhì)的不確定性如水層溫度和壓力,以及地理空間異質(zhì)性將對(duì)系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生影響。

            為解決上述問(wèn)題,來(lái)自弗吉尼亞大學(xué)的研究人員提出了一種評(píng)估利用等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)和含鹽含水層的O-CAES系統(tǒng)性能和存儲(chǔ)潛力的方法。該方法中考慮了地球物理參數(shù)和機(jī)械性能的不確定性,評(píng)估OCAES的往返效率,并使用結(jié)果來(lái)確定修建O-CAES系統(tǒng)的最佳位置和潛在的系統(tǒng)存儲(chǔ)容量。結(jié)果表明,近等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)可使O-CAES儲(chǔ)能效率高達(dá)62%,O-CAES系統(tǒng)可以提供8.1 TWh的電力,并且存儲(chǔ)水深小于60 m。通過(guò)對(duì)地球物理參數(shù)和機(jī)械性能的不確定性的研究表明,影響整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)行的最關(guān)鍵參數(shù)是含水層滲透率和厚度,滲透率和厚度對(duì)O-CAES系統(tǒng)的可行性影響如圖2所示。滲透率和厚度的一般閾值分別為10 mD和10 m。低于閾值的滲透率和厚度的RTE將趨向于小于10%,系統(tǒng)幾乎無(wú)法運(yùn)行,而高于閾值的滲透率和厚度的RTE將趨向于大于50%。此外,研究表明等溫O-CAES的預(yù)估成本為61美元/千瓦時(shí)。(編譯:高梓玉,張新敬 INESA)

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          標(biāo)簽: 儲(chǔ)能研究進(jìn)展  

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