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压缩空气储能优化分析及在低温余热中的应用

发布日期:2017-10-17 来源: 本网 查看次数: 650 作者:admin

核心提示:  由于智能化电网以及新能源存储方面的需求越来越大,储能显得尤为重要。储能主要分为化学储能、核物理储能两大类,现阶段在各种储能中化学电池储能和抽水蓄能占据主流地位,但是由于其自身和环境限制,发展受到较

  由于智能化电网以及新能源存储方面的需求越来越大,储能显得尤为重要。储能主要分为化学储能、核物理储能两大类,现阶段在各种储能中化学电池储能和抽水蓄能占据主流地位,但是由于其自身和环境限制,发展受到较大影响。其余储能,仅有压缩空气储能成熟度较高。

  且压缩空气储能可操作性强,储容量巨大,环保,不受地形限制,介质安全易获得是极具潜力的储能方式之一。

  1压缩空气储能流程优化分析压缩空气储能基于空气介质压缩和膨胀时需要吸收和释放能量的原理,使用相应设备对能量进行转化和存储,其整个流程是一个热力学过程。压缩空气储能整个流程不是唯一的,不同的循环流程其储能效率区别很大。以下从热力学过程对压缩空气储能流程进行优化。

  a1e4循环:包含al等温压缩过程,1e等压膨胀过程,e4等温膨胀过程;a3ef循环:a3绝热压缩过程,3e等压膨胀过程,ef绝热膨胀过程;abcdef循环:ab级绝热压缩,bc等压降温,cd二级绝热压缩,de等压加热膨胀过程,ef为绝热膨胀过程;温e4为等温膨胀,45为绝热膨胀。

  压缩储能流程获得能量大小与其曲线所包络的面积一致。其中,a1e4循环储存能量最多。分析可知,压缩阶段等温压缩是最高效的,但实际应用中的压缩保持恒温不可能。所以采用多级绝热压缩加等压降温方法趋近等温压缩。实际中选取两到三级来进行空气的压缩。而1e为等压膨胀,可以充分利用其他热量源为压缩空气赋予能量,增大膨胀初始能量。膨胀做功阶段,从可知,等温膨胀获得能量最高,因此可以充分利用已有的废弃热量,保证膨胀近似等温膨胀。综合分析可知,压缩空气储能流以等温和近似等温压缩膨胀作为存储和做功手段,在过程中尽量使用低品位的热能,这样才能获得最大的储能效率。

  根据以上的理论分析可知,最优的压缩空气储能流程是等温压缩和等温膨胀,所以最优流程是abcde45:ab、cd绝热压缩,bc等压降温de等压升温e4等温膨胀,45绝热膨胀。

  2压缩空气储能在超低温余热上的应用目前,我国的能源利用率不高,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%到67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%.而其中温度在200C左右的低温热源所占比例较大。现阶段使用的余热利用系统,主流技术为第三代余热利用系统,主要是对180500C高温和330380C中温余热的利用,对于200C左右的超低温余热资源来说,利用效率将会大打折扣。而压缩空气用于余热利用将会取得较好的效果。

  以压缩空气储能最优流程abcde45为余热利用的热力学循环流程,其余热的利用主要集中在膨胀前的等压加热阶段,此时压缩空气处于高压低温状态,经过设备热量转换,余热热量赋予压缩空气,使压缩空气的膨胀初始能量更高,从而提高发电量,以达到余热资源利用的目的。其效率计算如下:n执= W绝热+W等压+W Q吸n热一热利用效率;W-绝热膨胀释放的功,W等压等压膨胀释放的功,W压缩多级压缩消耗的功,Q吸i等压膨胀阶段从系统外吸收的热量,假设其压缩达到的最高压力依次从大气压开始直至3Mpa,通过公由可知,针对200C低温余热,提高热利用效率并不是最终压力越高越好,其趋势是先增后减,所以一定余热温度有一个合理的最高膨胀压力点,因此需要不断优化。中200C低品位热源,热能的利用率最大为453%,相对于目前仅有13%~25%的余热利用率来说是很高的另外,空气压缩技术技术也取得了极大发展,美国SustahX公司已成功解决了等温压缩的问题,压缩和膨胀的效率将会极大提高。

  压缩空气储能的储能效率由于热利用不同而不同,所以在其储能过程中要不仅要从设备制造等方面着手,还要考虑其循环流程优化。

  压缩空气储能可以创新的与余热利用相结合,利用其介质特性和能量储放原理捕获更低品味余热资源,提高余热利用率。

  徐玉杰等。风光互补的压缩空气储能与发电一体化系统特性分析M.中国电机工程学报,2012.吴国芳,陆雷。纯低温余热发电系统的热效率及火用效率。新世纪水泥导

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