集成塔式太阳能的新型超临界压缩二氧化碳储能系统性能分析

随着可再生能源快速发展,储能技术在实现可再生能源大规模并网中起着至关重要的作用。与压缩空气储能系统相比,压缩超临界二氧化碳储能系统具有体积小、储能密度高的优势。该文提出集成塔式太阳能的简单回热压缩循环和再压缩循环的两种超临界压缩二氧化碳储能(supercritical compressed carbon dioxide energy storage,SC-CCES)系统,并进行热力学分析和经济性分析。相较于集成塔式太阳能的SC-CCES参比系统,集成塔式太阳能的简单回热压缩和再压缩循环SC-CCES系统更有利于提高太阳能利用率,其光电转换效率分别为23.56%和28.77%,分别比参比系统高出2.63%和7.84%。提高储能压力和释能压力都可以有效提高系统的能量效率、光电转换效率、㶲效率和单位体积储存能量。此外,集成塔式太阳能的再压缩SC-CCES系统具有较好的经济性能,动态投资回收年限约6到7年,20年净现值(net present value,NPV)为23456.16×10^(3)美元,比耦合简单回热压缩系统高7956.69×10^(3)美元,内部收益率(internal rate of return,IRR)为17.55%。

液态压缩二氧化碳储能与火电机组耦合方案研究

火电机组实现灵活性转型是构建新型电力系统、实现“碳达峰”“碳中和”目标的关键。为提升火电机组的灵活性,提出了小汽轮机驱动和电动机驱动液态压缩二氧化碳储能系统与火电机组耦合的方案,并建立了其热力学系统模型,采用热耗率和能量利用系数对系统进行评价,开展系统热力学性能对比分析,确立了最佳储能耦合方案。研究表明:储能阶段从凝结水泵出口抽取凝结水,吸收压缩热后返回7号低压加热器出口,释能阶段从中压缸排汽抽取蒸汽,加热膨胀后的CO_(2)后返回5号低压加热器疏水冷却器时,耦合系统性能最佳,热耗率比原系统降低了48.308 k J/(k W·h),能量利用系数提升了0.52百分点;改变CO_(2)膨胀机入口温度和质量流量可实现快速变负荷,耦合储能系统后,机组调峰能力增加了17.1%;配置热水罐并最大放热时,机组调峰能力增加了37.4%,提升了火电机组灵活性。

压缩二氧化碳储能系统研究进展

压缩二氧化碳储能技术作为一种新型的压缩气体储能技术,具有储能密度大、经济成本低、运行寿命长、负碳排放等多方面优势,适合我国大规模长时储能系统建设和可持续发展的需求,具有非常广阔的发展前景。本文对比分析了压缩二氧化碳储能系统相比于压缩空气储能系统的优势,梳理了压缩二氧化碳储能技术的分类,其中详细介绍了跨临界二氧化碳储能系统、超临界二氧化碳储能系统和液态二氧化碳储能系统的运行原理、系统性能以及适用场景等方面特点,阐述了系统关键运行参数对系统性能的影响规律以及系统[火用]损分布情况,得出系统性能的提升方法,进一步介绍了压缩二氧化碳储能系统的改进系统以及耦合其他外部能源系统的压缩二氧化碳储能系统对系统性能的提升效果,最后分析了压缩二氧化碳储能系统的优势和发展方向。本文旨在总结当前压缩二氧化碳储能技术研究成果,指出现有压缩二氧化碳储能系统的优缺点,为后续学者研究压缩二氧化碳储能系统指引方向,也为压缩二氧化碳储能系统实验及示范的建立提供参考。

多级回热式跨临界压缩二氧化碳储能系统热力性能分析

为解决压缩空气储能系统储能密度和效率低的问题,建立了基于地下储气室的多级回热式跨临界压缩二氧化碳储能系统(Compress Carbon Dioxide Energy storage,TC-CCES)热力学模型及[火用]分析模型,采用二氧化碳代替空气作为存储介质,对系统进行热力学性能分析和敏感性分析。结果表明:TC-CCES的储能密度达到57.29 kW·h/m^3,是先进绝热压缩空气储能系统(Advanced adiabatic CAES,AA-CAES)的2~25倍,储能效率和[火用]效率分别为58.41%和67.89%,均高于AA-CAES;在TC-CCES中,储能过程的压缩机级间冷却器、释能过程的膨胀再热器以及回热系统中热泵[火用]损失较大,通过提高系统储能压力、释能压力以及降低系统低压储气室入口压力,可以提高系统的储能效率和[火用]效率。

超临界二氧化碳储能系统㶲损特性分析

储能是实现可再生能源大规模利用的关键支撑技术,而超临界压缩二氧化碳储能(SC-CCES)系统具有设备紧凑、高效、安全等优点,被认为是具有发展前景的大规模储能技术之一。本文建立了SC-CCES系统传统㶲分析和先进㶲分析模型,揭示了系统各过程、部件㶲损大小及其原因,以及内源性/外源性与可避免/不可避免㶲损特性,获得了不同过程、部件间的相互关联。分析结果显示:SC-CCES系统效率可达60.30%;压缩机是㶲损失最大的环节,占总㶲损失的33.85%,其次为膨胀机、节流阀、间冷器和再热器;根据先进㶲分析,压缩机、膨胀机仍具有最高的可避免㶲损,节流阀和混流器则几乎不具备优化潜力。此外,本文还对系统进行了灵敏性分析,揭示了储/释能压力、压缩机和膨胀机效率等参数对系统性能的影响规律。本文的研究为SC-CCES系统优化设计及应用提供了参考。

一种双工质气体压缩储能系统及其可行性分析

[目的]压缩空气储能系统储气库容大、储气压力高,往往需要采用地下盐穴储气库,项目开发受制于盐穴资源的稀缺性。压缩二氧化碳储能系统采用常压柔性气膜储气仓储存二氧化碳气体,气膜仓体积巨大,占地面积过大,难以满足建设用地指标有要求的工业园区。为了实现气体压缩储能在工业园区的广泛应用,提出了一种双工质气体压缩储能系统。[方法]系统整合压缩空气储能与压缩二氧化碳储能两个系统,并共用储气库。储气库采用特殊设计的承压容器,由柔性隔膜分隔成等压且可缩放的空气腔和二氧化碳气腔。系统通过压缩空气回路和压缩二氧化碳回路的协同工作实现储能和释能,并保持储气库维持恒压运行。为了评估系统的储能效果及能量密度,对基于3 MPa储气压力地面储气库方式的100 MW/400 MWh储能系统进行初步的热力学计算,并对工程可行性进行分析。[结果]结果表明:系统的储能效率为70.20%;能量密度为3.85 kWh/m^(3)。系统适合工业园区配套储能,并可发挥其电、气、冷、热多联供的功能,相比电化学储能,具有显著的商业竞争力优势。[结论]针对工业园区储能场景,双工质气体压缩储能选址灵活、技术可行、设备成熟、成本可控,具有重大的潜在商业价值。

压缩sCO_(2)储能系统动态特性仿真

压缩超临界二氧化碳(sCO_(2))储能作为一种新型储能方式,具有储能密度大,结构紧凑,使用寿命长,负碳排放等优点,因此,在能源储存转化等方面有着广阔的应用前景。基于质量守恒和能量守恒定律,建立了压缩sCO_(2)储能系统(SC-CCES)的动态数学模型,并完成了模型可靠性的验证;采用Matlab及Simulink软件实现了单级压缩和单级膨胀的SC-CCES系统动态特性仿真,设计工况下SC-CCES系统的储能效率为51.98%,储能密度为447.8 kWh/m^(3),其储能密度是传统压缩空气储能系统储能密度的20倍以上;分析了不同高压储罐入口压力对系统性能的影响,结果表明储能效率随高压储罐入口压力的增大而增大,储能密度则恰好相反。此研究为压缩二氧化碳储能的发展提供了基础。

基于TC-CCES的冷热电联供系统热力性能分析

为了更好地理解CO_(2)作为储能工质在热力学方面的特性,基于跨临界压缩二氧化碳储能系统(TC-CCES),结合CO_(2)易液化的特性,采用Aspen Plus软件构建了冷热电联产(CCHP)系统热力学模型,分析了回热器热水流量、低压节流阀压降及第一级压缩机出口压力对CCES-CCHP系统性能的影响。结果表明:在基础运行工况下,CCES-CCHP系统电效率为41%,能量效率为1.16;当回热器热水流量、第一级压缩机出口压力变化时,系统电效率与能量效率变化趋势相反;当低压节流阀压降增大时,系统电效率和能量效率均呈下降趋势;CCES-CCHP系统与TC-CCES系统相比,能量利用效率提升19.50%。