华北电力大学关于高温储热与有机朗肯循环相结合的先进绝热压缩空气储能系统的热力学性能研究

随着全球能源需求的增长和环境问题的加剧，传统的化石能源正面临着枯竭和环境污染的双重挑战，推动着能源系统向清洁、低碳、高效的方向转型。在这一背景下，可再生能源如风能和太阳能因其环境友好性而受到重视，但它们的不稳定性也带来了储能难题。压缩空气储能（CAES）作为一种大规模储能技术，因其能够存储大量能量而备受关注，但传统CAES依赖于化石燃料加热，这限制了其在清洁能源领域的应用。为此，研究者们开发了绝热压缩空气储能（AA-CAES）系统，通过储存压缩过程中产生的热量来提高效率，减少对化石燃料的依赖。然而，AA-CAES系统在放电过程中空气涡轮的性能受限于压缩热的低温，影响了整体效率。为了解决这一问题，本文献提出了一种集成高温热能储存和有机朗肯循环（ORC）的先进AA-CAES系统，旨在通过热力学优化和废热回收，提高系统的能量转换效率和储能能力，以期为清洁能源的高效利用提供新的解决方案。基于上述分析，来自华北电力大学的Zhirong Liao等人提出了一种集成高温热能储存和ORC的先进绝热压缩空气储能系统，其充放电原理图如图1所示。他们通过热力学模型的建立和模拟分析，该系统实现了115.6%的储能效率、65.7%的循环效率以及78%的㶲效率，显著优于传统AA-CAES系统。研究结果表明，采用太阳能盐作为热储存介质，系统能够更有效地利用压缩过程中的废热，同时通过ORC回收更多能量，提高了能源的总体利用效率。此外，系统设计考虑了环境温度、空气涡轮机入口温度和压力等关键参数的影响，为实际工程应用提供了重要的设计指导。该研究不仅推动了AA-CAES技术的发展，也为解决可再生能源的间歇性和不稳定性问题提供了新的解决方案，对促进能源转型和实现碳中和目标具有重要的现实意义。（编译：王润泽，张新敬 INESA）

为了实现更高效、可靠和稳定的能源供应，储能在向可再生能源过渡的过程中发挥着关键作用。压缩空气储能（CAES）因其高能量容量、灵活性、可扩展性、长寿命、可维护性、经济性和环境可行性而被公认为最有前途的技术之一。通过将CAES系统与热能储存系统相结合，可以进一步提高这些电势。然而，为了实现混合CAES系统的潜力，控制策略是必不可少的，以管理系统组件之间的能量流。从技术的角度来看，控制CAES系统的运行是经济、环境和能源效率方面的关键问题。然而，以往的研究几乎都集中在高级CAES系统，包括A-CAES、高级A-CAES、SC-CAES和三生成CAES系统。鉴于上述特点，来自塞得港大学的研究人员提出了一种用于部分浮动光伏系统的混合非绝热CAES-TES存储系统，为埃及北部湖泊周围的农村地区提供电力。原理图如图1所示。该系统的主要部件包括压缩机、热交换器、膨胀器、空气接收器、带电加热器的水箱和发电机。此外，本研究还开发了一种新的基于确定性规则的EMS，以有效地管理存储系统不同组件之间的功率流。为了研究储能系统和EMS的性能，在MATLAB/Simulink环境下建立了一个数学模型，并在改造后的Huntorf电厂的设计运行条件和参数下进行了验证。仿真结果表明，该系统能有效地满足系统负载要求，并能有效地管理系统各组成部分之间的功率分配。对于5kw浮动平台全年平均每小时光伏发电输出曲线，系统往返效率为34.1%，循环效率和火用效率分别为37.7%和41%。对于每个月的平均小时光伏发电输出，2月至10月期间，拟议ESS的RTE， CE， EXE分别在33%至40%，38%至45%和33%至48%之间波动。在1月和12月观察到的系统效率最高，系统的RTE、CE和EXE分别为53%、65%和64%。每年可减少二氧化碳排放约243.4公斤。这种燃料节约也将带来经济效益，因为系统运行成本每年可减少27690美元的燃料成本。灵敏度分析表明，压缩机的额定功率和最小负荷阈值对系统的性能和效率有较大影响。研究表明，通过提高所选压缩机的额定功率和最小负荷阈值，CAES使用的功率会减少，TES使用的功率会增加。因此，可以实现更低的压缩损失，从而提高ESS的能量和能量效率。然而，工商业污水附加费系统需要更大的规模来容纳可用的能源。灵敏度分析还表明，在非设计工况和部分负荷工况下，系统的能量效率和火用效率会受到元件效率降低的显著影响。（编译：张思齐，张新敬 INESA）