運(yùn)用熱力學(xué)理論建立液化空氣儲(chǔ)能階段和釋能發(fā)電階段的數(shù)學(xué)模型,采用循環(huán)效率和液化率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)探討壓縮機(jī)組出口壓力p₄、低溫泵出口壓力、換熱器效能、空氣節(jié)流前溫度和空氣節(jié)流前壓力對(duì)液化空氣儲(chǔ)能與發(fā)電一體化系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:提高低溫泵出口壓力與換熱器效能,能顯著增大系統(tǒng)循環(huán)效率;提高壓縮機(jī)組出口壓力p₄,壓縮機(jī)比耗功與膨脹機(jī)比輸出功均增大,而系統(tǒng)循環(huán)效率有所降低;空氣節(jié)流前壓力越大、溫度越低,節(jié)流后的液化率越大,循環(huán)效率越高。理論分析模型和研究結(jié)果可為液化空氣儲(chǔ)能與發(fā)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。 

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液化空氣儲(chǔ)能與發(fā)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)壓縮機(jī)額定效率、換熱器效能等條件相同時(shí)，壓縮機(jī)的耗功與壓縮級(jí)數(shù)和壓縮方式有關(guān)。理論上，等溫壓縮過程耗功最小，絕熱壓縮過程耗功最大。因此，如將壓縮級(jí)數(shù)增多到無(wú)數(shù)級(jí)，各級(jí)壓縮機(jī)之間配級(jí)間冷卻器，則可趨近等溫壓縮。實(shí)際上，分級(jí)不宜太多，否則機(jī)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械摩擦和流動(dòng)阻力等不可逆損失亦將隨之增大。由熱力學(xué)理論可知，對(duì)于多級(jí)壓縮過程，各級(jí)壓縮機(jī)之間采用等壓比分配，耗功最小。通過以上分析，本文采用雙級(jí)壓縮、中間冷卻的壓縮方式。圖2所示為壓縮機(jī)組出口壓力p4對(duì)比耗功、比輸出功和循環(huán)效率的影響曲線。由圖2可看出，隨著壓縮機(jī)組出口壓力p4逐漸增大，壓縮機(jī)的比耗功大幅升高，膨脹機(jī)的比輸出功也逐漸升高，但相對(duì)于比耗功的升高幅度，比輸出功的升高幅度較為緩慢；系統(tǒng)循環(huán)效率降低，但降低幅度逐漸減小。

低溫泵是將液態(tài)空氣從低溫儲(chǔ)罐引出并加壓后送入氣化換熱器進(jìn)行氣化的一種特殊泵。本文忽略空氣在換熱器與管道中的壓力損失，則低溫泵出口壓力即為膨脹機(jī)進(jìn)口壓力。在空氣流量等其他條件基本恒定的情況下，決定膨脹機(jī)輸出功的基本參數(shù)主要是膨脹機(jī)進(jìn)口空氣壓力與溫度。通過以上分析可知，為盡可能增加膨脹機(jī)的輸出功，應(yīng)盡量提高膨脹機(jī)進(jìn)口做功空氣的壓力與溫度。根據(jù)熱力學(xué)基本理論，對(duì)于多級(jí)膨脹過程，膨脹機(jī)在等膨脹比分配下做功最多。因此，本文采用雙級(jí)膨脹、中間再熱的膨脹方式，使用級(jí)間再熱器加熱下一級(jí)膨脹機(jī)進(jìn)口空氣溫度，以提高膨脹機(jī)做功效率。不同低溫泵出口壓力下，系統(tǒng)比輸出功與循環(huán)效率變化情況如圖3所示。由圖3可看出，隨著低溫泵出口壓力增大，系統(tǒng)的循環(huán)效率和比輸出功均逐漸升高，但其升高的幅度減小。當(dāng)?shù)蜏乇贸隹趬毫τ? MPa提高至5 MPa的過程中，循環(huán)效率由36%增加至44%，比輸出功由345 kJ/kg增加至425 kJ/kg，幅度較大。因此，從理論上分析，低溫泵的出口壓力無(wú)限增大，有利于提高系統(tǒng)的循環(huán)效率，但實(shí)際上，考慮到壓力過高對(duì)設(shè)備的危害等因素，低溫泵出口壓力不宜過高。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]風(fēng)光互補(bǔ)的壓縮空氣儲(chǔ)能與發(fā)電一體化系統(tǒng)特性分析[J]. 徐玉杰,陳海生,劉佳,譚春青.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2012(20)
[2]新型液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)及其在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 劉佳,夏紅德,陳海生,譚春青,徐玉杰.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2010(12)



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