耦合LNG冷能的液态空气储能系统和液态CO_(2)储能系统对比分析

为解决压缩气体储能系统中外加冷源的供应问题,同时高效利用液化天然气(LNG)冷能,构建了耦合LNG冷能的液态空气储能系统(LNG-LAES)和耦合LNG冷能的液态CO_(2)储能系统(LNG-LCES),并进行了热力学和经济性对比分析。结果表明:气体压缩、膨胀做功和LNG换热环节在两系统中?损较大,是系统优化关键环节;适当增加储释能压力及LNG压力会提升系统性能,而LNG温度过低会降低系统性能。LNG-LAES的最优[火用]效率、膨胀发电量、储能密度分别为57.53%、13.08 MW、79.61 kW·h/m^(3),均高于LNG-LCES(43.42%,5.44 MW,41.16 kW·h/m^(3));但LNG-LCES的循环效率和冷能利用率更高,对LNG温度波动有更强适应性,并在经济性方面表现较优。耦合LNG冷能的两种液态气体储能相比常规未耦合LNG的储能系统循环效率提高了7%~25%,可为改进储能系统性能提供一定参考。

跨临界CO_(2)液态储能系统关键参数及火用分析

基于热力学第一、二定律,建立了跨临界CO_(2)液态储能系统数学模型,分析了压缩机入口CO_(2)压力、储罐压力及压缩机前CO_(2)入口温度等参数对系统性能的影响。参数分析表明:提高压差有利于系统循环效率的提升,压缩机和冷却水的入口温度对系统的性能影响均存在最优的温度区间。火用分析结果显示:蓄冷器由于存在相变发生,火用损失最高,其次是机械部件和换热器,其中对机械部件改进可以有效提高系统的性能。

液态存储跨临界压缩CO_(2)储能系统性能分析

为了深入研究能量密度高、受地理条件限制少的液态CO_(2)储能系统的性能,提出了一种新型液态存储跨临界压缩CO_(2)储能系统。该系统采用蓄能装置存储过程中产生的热能与冷能,同时利用高低压储罐以液态存储CO_(2),从而提高系统的储能效率和能量密度。对该系统进行了热力学分析与多目标优化,仿真结果表明:在典型设计工况下,蓄冷器、压缩机和膨胀机有较大的[火用]损,分别占总[火用]损的24.09%、25.40%和23.82%。参数分析表明:该系统的储能效率随高压储罐压力、低压储罐压力、泵增压、蓄热水分流比的增大先增加后减小,意味着这些参数存在最优值,但储能效率随节流阀压降的增加而减小;增加高压储罐压力、节流阀压降、泵增压或降低低压储罐压力有利于提升系统能量密度,并且存在最佳的蓄热水分流比使系统能量密度最大。此外,多目标优化结果表明,系统的最优储能效率和能量密度分别为58.79%和17.85k W·h·m^(-3)。

火电厂热电联产机组与液态CO_(2)储能耦合系统热力性能分析

煤电机组耦合储能系统可以提升机组的调峰能力。为提高热电联产机组的热电解耦能力,提出一种火电厂热电联产机组与液态CO_(2)储能耦合系统。该系统利用凝结水收集储能过程中CO_(2)压缩热,并与供热抽汽共同向用户供热,同时利用供热抽汽预热释能过程中膨胀机入口CO_(2)。基于建立的系统热力学模型,以耦合系统热效率、㶲效率和储能系统电-电效率为评价指标,开展了系统热力性能分析。敏感性分析结果表明:增大膨胀机入口温度和释能压力都可以获得更高的系统㶲效率和电-电效率;增大储能压力可以获得更高的系统热效率,㶲效率则先升高后降低。在设定参数下对相应CO_(2)储能系统进行参数优化。结果表明:当储能压力约为10.5 MPa、释能压力约为18 MPa时,耦合系统取得最优㶲效率为64.92%。

基于碳捕集与液态CO_(2)储能的综合能源系统优化调度

针对综合能源系统在新能源消纳方面的不足,提出一种基于碳捕集与液态CO_(2)储能的综合能源系统。首先,分析了液态CO_(2)储能实际运行特点以及碳捕集装置综合灵活运行方式的“削峰填谷”特性;其次,建立考虑液态CO_(2)储能与碳捕集装置不同运行方式的综合能源系统;最后,以系统总运行成本最小为目标函数建立优化调度模型,并通过负荷率、能源利用率等评价指标衡量调度结果。算例分析表明,该优化模型可提高能源利用率,缓解系统调峰压力,实现系统运行的经济性和低碳性。

CO_(2)与绿氢合成甲醇的过程模拟及储能性能分析

文章模拟了CO_(2)与绿氢合成甲醇的过程,提出了CO_(2)储能密度指标,研究了多个参数对甲醇储能性能的影响。研究结果表明:系统能效和甲醇能量产率随着电解水效率、单程CO_(2)转化率、电解水压力和CO_(2)初始压力的升高而升高,随着甲醇合成压力的升高而降低;CO_(2)储能密度随以上参数的变化趋势与系统能效和甲醇能量产率相反;电解水效率和单程CO_(2)转化率是敏感关键的参数;在最优组合工况下,基于甲醇高位和低位热值的系统能效分别为68.0%和59.6%,CO_(2)储能密度为6.07 k W·h/kg,能量产率为0.108 kg/(k W·h),表明以CO_(2)为原料的电制甲醇的系统能效不够理想,但储能密度优势显著。

液态空气储能与液态CO_(2)储能技术对比

为了解决压缩空气储能储气室容积大、成本高的问题,液态空气储能和液态CO_(2)储能得到了国内外广泛关注及研究。针对这两大储能系统,借助ASPEN PLUS软件搭建了热力学物理模型,并借助分析对两大储能系统进行热力学和关键参数敏感性研究分析。研究表明:液态空气储能系统损失主要发生在压缩机及蓄热蓄冷装置上,分别占比45.02%、37.61%。液态CO_(2)储能系统损失主要发生在低温膨胀机、压缩机及蓄冷蓄热装置上,分别占比26.99%、23.88%、30.41%。从电-电转化效率方面:在绝热条件下,两大储能系统由于在充放电过程能量消耗大,电-电转化效率都低于55%,相比液态空气储能,液态CO_(2)储能效率高。从系统成熟度方面:液态空气储能已得到工程应用,而液态CO_(2)储能还处于研究阶段,未得到工程化应用。从投资成本方面;液态CO_(2)储能单位千瓦投资成本高于液态空气储能约40%。

CO_(2)作为含水层压缩气体储能系统工作流体的数值模拟研究

含水层压缩CO_(2)储能是非常契合国家“双碳”战略的大规模储能技术,为进一步提高储能效率,本文重点研究含水层压缩CO_(2)储能系统运行过程,采用T2WELL/ECO_(2)N分析含水层压缩CO_(2)的周循环运行模式下的性能,包括含水层气相饱和度、含水层温度、井口压力、循环周期内的储能效率及不同含水层埋深情况下系统储能效率的变化情况。模拟结果表明:在初始气囊建立阶段,距离井筒最近处的气体饱和度最高,含水层温度最低,这是由于距离井筒越近,压力梯度越大,含水层中的水在压力梯度的作用下逐渐被CO_(2)驱替;在储能-释能循环阶段,由于含水层中固体颗粒物的阻碍和渗透性的限制,井口处的循环压力从13.94 MPa,逐渐增加到14.23 MPa,并呈周期性的变化。随着含水层深度加深,抽采出来的CO_(2)温度更高、密度更大,从而获得更多的能量,使储能效率从88.6%提升到95.2%,因此含水层越厚越有利于系统的安全稳定运行,但储能效率会随着循环次数的增加而降低。

基于能量梯级利用的压缩CO_(2)储能系统热力学分析及结构优化

为了解决储能系统中余热高效回收利用的问题,本文提出了一种基于能量梯级利用的压缩CO_(2)储能系统,利用高压压缩余热分级存储的手段实现能量的深度利用。建立了系统的热力学模型,对所提出系统和现有参考系统进行了对比分析。结果表明:改进后的系统循环效率增加了3.99%,储能密度增加4.47(kW·h)/m^(3),换热部件相对火用损失下降了6.80%;提高冷却水的初始温度能有效提高循环效率;高温储热换热器中CO_(2)的出口温度对循环效率的影响存在最优值为434 K;中温段换热器中CO_(2)的出口温度较低时,有利于循环效率和储能密度的提升。本文所提出的系统能够为CO_(2)储能系统深入优化提供一种可行方案。

压缩气体储能技术经济特点和发展方向探析

压缩气体储能是一种新兴的长时、大规模储能技术,近年来在中国发展迅速。空气和CO_(2)是压缩气体储能常用的两种工质。首先,在梳理压缩气体储能主要技术路线的基础上,聚焦绝热压缩气体储能,分析了系统结构和性能,重点论述了循环效率的影响因素。其次,选取典型的系统为对象,进行了投资成本和度电成本分析。最后,探讨了压缩气体储能发展趋势,认为压缩空气(CO_(2))储能和液态空气(CO_(2))储能有各自不同的发展方向:先进绝热压缩空气储能技术已趋于成熟,100 MW级以上规模的效率已逐渐逼近抽水蓄能,单位投资成本和全生命期度电成本已开始超越同规模抽水蓄能,建议加强政策支持,进一步完善产业配套,以快速形成产业优势;压缩CO_(2)储能和液态空气(CO_(2))储能技术还不成熟,投资成本和度电成本较高,但发展潜力较大,建议加强产学研结合,尽快提升技术成熟度,同时给予一定的电价政策和并网政策支持,以促进示范项目的建设。

一种新型的基于二氧化碳混合物的液体储能系统

液化二氧化碳储能(LCES)是扩大可再生能源利用规模、保证可再生能源稳定利用的有效方法。为解决LCES系统中亚临界CO_(2)的有效冷凝问题,本文提出一种新型的基于二氧化碳混合物的液体储能系统(LMES)。选择了两种有机工质R32和R161与CO_(2)混合,通过建立该系统的热力学模型,研究了有机工质质量分数、压缩机压比、泵压比、冷却温度(T6)和环境温度五个关键参数对系统性能的影响。结果表明:采用有机工质与CO_(2)混合可以显著提高工作介质的临界温度,解决LCES系统中CO_(2)的冷凝问题;工质为CO_(2)/R32混合物的系统中,有机工质质量分数的增加虽然会使系统的循环效率和能量密度小幅度降低,但可以有效降低系统的工作压力;增加压缩机压比、提高冷却温度以及降低环境温度均可以提高系统的能量密度;在两种混合物的系统中,均存在一个最佳的冷却温度使系统的循环效率达到最大值,采用CO_(2)/R32混合物时,最佳的冷却温度为42℃,系统的循环效率为57.65%,采用CO_(2)/R161混合物时,最佳冷却温度为45℃,系统的往返效率为50.54%;研究还发现相比于CO_(2)/R161混合物,采用CO_(2)/R32混合物作为储能系统的工质可以获得更高的循环效率和能量密度。