储热技术可提高压缩空气储能系统的效率
发布者:chplaza | 来源:爱思唯尔Elsevier | 0评论 | 896查看 | 2020-01-16 16:58:00    

传统的压缩空气储能主要部件包括压缩机、压缩空气存储器、燃烧室、膨胀机和电动机/发电机等。在储能过程中,空气从大气环境进入压缩机,被压缩成高压空气后储存在压缩空气存储器中。在能量释放过程中,压缩空气存储器中的高压空气首先进入燃烧室,与燃料混合燃烧,成为高温高压空气,接着进入膨胀机发挥其作用,从而输出电能。


近年来,在社会经济发展本身之外,快速发展的负面产品,能源资源短缺和环境污染等越来越引起人们重视。而储能技术的发展和应用,可以帮助解决能源有效利用方面的挑战。


压缩空气储能是一种大规模的物理储能方式,可以解决光伏和风电等不稳定可再生能源发电并网难的问题,提高其能源利用率。如何提高压缩空气储能的效率,获得更好的经济效益,已成为迫切需要研究解决的重要课题。


热能储存(Thermal energy storage,TES)技术是解决该问题的有效方法。


在此背景下,华北电力大学能源动力与机械工程学院的周倩和何青等人组成的课题组发表于Elsevier旗下期刊Energy的《Areview of thermal energy storage incompressed air energy storage system(压缩空气储能系统中的热能储存)》一文对压缩空气储能和热能储存技术的发展史和现状进行了综述,并就该领域的未来发展趋势及改进方案提出了观点和建议。


作者研究发现,经过近50年的生产运作和不断发展,压缩空气储能已成为除抽水蓄能之外的另一种大规模物理储能技术,其特点是容量最大、技术成熟和商业化。相较于电池储能、飞轮储能等其他形式的储能技术,压缩空气储能具有储能效率高、使用寿命长、储放容量大、投资成本较低等优点。


传统的压缩空气储能效率较低,理论效率只能达到50%左右。在传统压缩空气储能的能量释放过程中,需要外部热源对高压气体进行加热,使高压气体变成高温高压气体,随后进入膨胀机继续运作,从而实现系统的输出功率要求。然而,该系统中的燃料燃烧和废气排放违背了压缩空气储能技术的环境和可持续性原则。


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图1:传统的压缩空气储能(CAES)


很多学者和机构对传统压缩空气储能存在的此类缺陷进行了深入研究,一直在寻求相应的改进措施。研究者们提出的改进措施之一,是将热能储存技术应用到传统压缩空气储能系统,使其升级为“先进绝热压缩空气储能”系统。这一方法受到了广泛的关注和重视,是未来压缩空气储能技术发展的重要方向。


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图2:高级绝热压缩空气储能(AA-CAES)


本文简述了压缩空气储能和热能储存技术的发展历史,用数学模型解释了热能储存技术的基本原理和重要参数。


此外探讨了热能储存技术在压缩空气储能系统中的应用现状,展望了压缩空气储能的未来发展方向,并提出了关于其发展和改进的意见。

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