【摘要】：壓縮空氣儲能系統(tǒng)是一種大規(guī)模的能量存儲技術(shù),在可再生能源利用以及調(diào)峰領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。儲氣室作為系統(tǒng)中主要的儲能設(shè)備,其特性對系統(tǒng)運行有重要影響。為了研究儲氣室熱力特性對AA-CAES系統(tǒng)性能的影響,設(shè)計能夠提高系統(tǒng)性能的新型儲氣裝置,建立實際、絕熱、恒溫3種儲氣室模型,并結(jié)合其他部件模型,對系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合求解。分析求解結(jié)果發(fā)現(xiàn),儲氣室絕熱模型具有最高的儲能效率,可以達(dá)到68.97%,恒溫模型的儲能密度最高,為2.4706kW·h/m3,實際模型的儲能效率和儲能密度都較低;恒溫模型下系統(tǒng)的性能受到環(huán)境溫度的影響,提高環(huán)境溫度可以使儲能效率上升,但會導(dǎo)致儲能密度下降;改進(jìn)的儲氣裝置能夠結(jié)合絕熱模型與恒溫模型的優(yōu)點,使系統(tǒng)性能獲得改善。
【圖文】：

統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)的儲氣裝置。１儲氣室熱力學(xué)模型ＡＡ－ＣＡＥＳ系統(tǒng)主要包括壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、儲氣室、換熱器、冷罐、熱罐、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１所示。儲氣室一般采用天然的鹽巖洞、硬巖層結(jié)構(gòu)的礦井或洞穴、地下含水層、人工儲氣罐等［１２］。現(xiàn)有的兩座儲能電站都是采用天然的鹽洞，對于小型的儲能系統(tǒng)，也可以采用人造高壓儲氣罐。空氣在儲氣室內(nèi)存儲以及釋放的過程中會與壁面進(jìn)行熱量交換，以儲氣室內(nèi)的空氣為控制體，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可得式（１）。圖１ＡＡ－ＣＡＥＳ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖δＱ＝ｄＵＣＶ＋ｈｏｕｔδｍｏｕｔ－ｈｉｎδｍｉｎ＋δＷ（１）式中，δＱ為儲氣室內(nèi)空氣與壁面換熱量，Ｊ；ｄＵＣＶ為儲氣室空氣熱力學(xué)能變化，Ｊ；δｍｉｎ、δｍｏｕｔ為進(jìn)、出儲氣室的空氣質(zhì)量，ｋｇ；ｈｉｎ、ｈｏｕｔ為進(jìn)、出儲氣室空氣焓值，Ｊ／ｋｇ；δＷ為空氣與環(huán)境交換的功量，Ｊ。假設(shè)儲氣室內(nèi)的空氣為理想氣體，由理想氣體狀態(tài)方程可得式（２）。Ｖｄｐ＝Ｒｇ（ｍｄＴ＋Ｔｄｍ）（２）以環(huán)境溫度Ｔ０時空氣焓值為基準(zhǔn)點，空氣的焓以及熱力學(xué)能可表示為式（３）、式（４）。ｈ＝ｃｐ（Ｔ－Ｔ０）（３）ｕ＝ｈ－ｐｖ＝ｃｖＴ－ｃｐＴ０（４）式中，ｃｐ為定壓比熱容，Ｊ／（ｋｇ·Ｋ）；ｃｖ為定容比熱容，Ｊ／（ｋｇ·Ｋ）；Ｔ０為環(huán)境溫度，Ｋ。根據(jù)式（１）～式（４）可得儲氣室內(nèi)空氣壓力和溫度隨時間變化的微分關(guān)系式，如式（５）、式（６）。ｄｐｄｔ

致存儲的空氣質(zhì)量減少，，儲能密度逐漸降低。３儲氣裝置的改進(jìn)對比３種儲氣室模型下系統(tǒng)性能參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，儲氣室為實際模型時，系統(tǒng)的儲能效率和儲能密度均較低。恒溫模型具有最高的儲能密度，但由于在環(huán)境溫度下儲氣室內(nèi)的高溫空氣會向外界釋放大量的熱量，導(dǎo)致儲能效率較低。絕熱模型儲能效率最高，但由于空氣溫度和壓力上升速度最快，導(dǎo)致儲、釋能時間縮短，儲能密度較低。為了結(jié)合絕熱模型和恒溫模型的優(yōu)點，使ＡＡ－ＣＡＥＳ系統(tǒng)的儲能效率和儲能密度同時獲得提高，對實際的儲氣裝置進(jìn)行改進(jìn)，如圖４所示。圖４改進(jìn)的儲氣裝置結(jié)構(gòu)圖１—保溫絕熱層；２—鋼制筒體；３—蓄熱換熱管束；４—蓄熱介質(zhì)；５—環(huán)形肋板；６—空氣出口；７—安全閥；８—空氣進(jìn)口該儲氣裝置的部件主要包括：外層的絕熱保溫材料、鋼制筒體、進(jìn)氣口和出氣口、帶有肋板的蓄熱換熱管束、相變蓄熱材料、安全閥。在儲能階段，溫度較高的壓縮空氣進(jìn)入儲氣裝置，與蓄熱換熱管束以及金屬筒體進(jìn)行對流換熱，·７８·化工進(jìn)展２０１６年第３５卷
【作者單位】： 華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室;
【基金】：國家科技支撐計劃項目(2014BAA06B01)
【分類號】：TK02


本文編號：2535531