二氧化碳电热储能与液态储能系统热力性能对比分析

二氧化碳电热储能与液态二氧化碳储能技术具有适用范围广、储能密度大等特点,是目前压缩气体储能技术的研究热点,然而,上述系统在储能形式及流程上的差异造成了系统在储能效率、储能密度等方面的不同,目前尚无系统性研究。基于此,本工作阐述了上述系统的能量存储原理及流程构型特点,建立了热力学分析模型,在设定工况下比较了两者性能指标以及不可逆损失分布特性,并进一步探讨了关键参数变化对两种储能系统的性能影响。结果表明,二氧化碳电热储能系统通过将工质的压力势能进一步转化为冷能储存,从而获得了更高的储能密度(7.36 kWh/m^(3)),而液态二氧化碳储能系统通过高压罐将压力势能直接储存,避免了额外的叶轮机械损失,具有更高的循环效率(63.60%);此外,通过参数研究发现,提高压缩机等熵效率和出口压力对液态二氧化碳储能系统的性能提升更加明显,提高透平等熵效率对二氧化碳电热储能系统的提升更加明显。研究成果将为二氧化碳储能技术路径选择和技术进步提供支撑。

固体电热储能装置热工与储能性能测试平台设计

该平台以GB/T39288—2020《蓄热型电加热装置》中提出有关固体电热储能装置的热工性能测试方法及流程为蓝本,参考了国内外标准,专门针对固体电热储能装置,进行纯储热工况、纯放热工况、边储边放工况全工况测试,改善并补充了固体电热储能装置热工与储能性能测试。该平台改进了GB/T 39288—2020的试验流程,结合非制热状态下的放热测试和制热状态下的放热测试,能够进行固体电热储能装置热工与储能性能标准测试。为了验证该平台可靠性,对某固体电热储热装置进行一次标准测试,记录其试验时的电量、时间、温度等参数,画出试验时温度曲线、加热丝电流电压曲线、热输出负荷曲线,通过改进、补充的公式计算了固体电热储能的热工与储能性能;利用计算结果画出了在额定热输出功率下的储能性能图。该图清晰展示了固体电热储能装置的有效释放的温度范围,储能能力,以及能量利用情况。本次测试结果与理论值、经验值相近,证明该平台可以作为设备商自检或教学使用的测试平台。该平台还留有自定义热负荷曲线功能,可以帮助教学者和学习者在真实的工况下,对固体电热储能装置进行研究和学习。

采用感应加热的固体电热储能装置多物理场

固体电热储能装置是新能源消纳的有效手段,目前固体电热储能装置大多数都采用电阻式加热,其加热时间长、加热温度不均匀、加热电阻丝使用寿命短、易老化等缺点仍无法解决。为了更有效地提高固体电热储能装置储热能力,本工作搭建了一套采用感应加热的固体电热储能装置,利用感应加热速度快、无污染的特点,将感应加热技术应用在固体电热储能装置中,并利用COMSOL进行模拟计算,研究了不同电流频率对电磁场与温度场的影响以及流体流速对蓄热体温度均温性的影响。结果表明,固体电热储能装置利用铸铁作为储热材料并采用感应加热,具有良好的蓄热特性,同时加热速度以及蓄热体温度相较于电阻式固体电热储能装置具有较大提升,在加热初始阶段,其温升速率最高可以达到8.5℃/min,加热阶段结束时,蓄热体整体温度在900℃;当风速为0.05 m/s时,蓄热体内部温度分布均匀性最佳。在未来电力市场中具备灵活快速的响应能力。研究结果对感应加热技术研究以及固体电热储能装置开发具有一定参考价值。

固态电热储能系统热力计算方法研究

针对固态电热储能系统的热力计算进行研究,根据内置电阻式蓄热体结构特点提出一种基于加热、蓄热、取热、换热4部分的流固耦合热力计算方法,并对加热丝、蓄热体结构、换热系统、变频风机等参数进行具体计算。通过实际案例对系统进行设计参数敏感性分析与工况校核计算,并提取实验数据,验证热力计算方法的正确性。

模糊双闭环电热储能控制方法的电能替代经济性分析

结合供热过程的特性,提出了一种双闭环控制系统。这种控制系统以温度调节环为外环,风机转速调节环和水流量调节环为内环。温度调节环根据当前温度和给定温度的差通过温度调节器给风机转速调节环和水流量调节环设定风机频率、水流量。风机转速调节环通过模糊PID控制器控制风机的转速,水流量调节环通过模糊PID控制器调节冷水的流量,最终可以实现对系统温度的控制。提出的模糊PID控制技术用于参数时变的加热器模型时可以取得良好的动态控制性能,较高的控制精度和温度调节能力。

电热储能式粮食干燥热风炉工艺参数生产试验研究

粮食干燥作为我国粮食行业最大的耗能环节,是粮食行业"节能减排"的重点。通过对电热储能式粮食干燥热风炉生产运行进行全面考核及分析,证明了电热储能炉作为粮食烘干机的新干燥热源取代现有燃煤热风炉是可行的,并通过工艺参数的选择,确定了正常工况下电热储能炉的配置功率。

电热储能技术在粮食干燥领域的应用

简述了粮食干燥领域能源的利用现状和电热储能技术应用,分析了电热储能技术在粮食干燥领域的应用和发展前景。

基于超临界二氧化碳循环的电热储能系统

超临界二氧化碳循环具有应用范围广、效率高、系统简化、设备紧凑的优点,储能是超临界二氧化碳循环潜在的应用领域之一,针对大规模电力储能发展的迫切需求,提出了基于超临界二氧化碳循环的电热储能系统的概念设计。采用铜作为相变储热材料,以超临界二氧化碳循环作为热电转换装置,建立了分流再压缩超临界二氧化碳循环和简单回热超临界二氧化碳循环模式的储能系统方案,并运用热力学方法对储能效率进行了分析。研究结果表明,基于超临界二氧化碳循环的电热储能系统储能效率有望达到60%,结合低温余热回收,可进一步提高储能效率到67%,并且此电热储能系统具有较好的经济性。因此,基于超临界二氧化碳循环的电热储能系统可用于构建大规模电力储能系统。

电热储能式粮食干燥热风炉的示范建设

重点介绍了我国第一台电热储能式粮食干燥热风炉的建设,分析了电热储能式粮食干燥热风炉的技术创新,提出了粮食干燥领域热源研究的新思路。

电热储能式粮食干燥热风炉经济效益分析

对电热储能式粮食干燥热风炉及同等供热能力的燃煤型热风炉使用性能、特点及投资概算与运行成本进行对比分析,结果表明:电热储能式粮食干燥热风炉作为新一代粮食干燥机热源运行成本低、安全稳定、有效减少燃煤污染物排放,具有较大的推广应用前景及价值。

电热储能式粮食干燥热风炉使用测试分析

将电热储能技术应用于粮食干燥领域,成功研制了电热储能式粮食干燥热风炉。通过对电热储能式粮食干燥热风炉的现场测试,总结归纳了测试过程中出现的问题和解决的方法,并通过测试数据的记录及整理,证明了电热储能式粮食干燥热风炉作为粮食干燥新热源代替传统的燃煤热风炉是可行的,具有广泛的应用推广前景。

含热泵和电热混合储能的建筑微能源网经济优化调度

为实现微能源网经济运行,提出一种含热泵和电热混合储能的建筑微能源网经济优化调度方法。首先基于ETP模型结合蒙特卡洛模拟建立采用通断调节的大规模空调负荷聚合模型,确定逐时冷负荷需求。然后构建考虑相变蓄冷变温特性与风冷热泵出力特性的微能源网优化调度模型。最后以微能源网全寿命周期成本最小为目标函数,应用Python+Gurobi对模型进行求解。分析夏季3种典型天气,4种场景下的优化调度结果,仿真结果表明:配置电热混合储能具有电、冷负荷削峰填谷的效果,能降低初始投资成本与运行成本,系统的经济性和灵活性更优。

计及电热混合储能的多源微网自治优化运行模型

针对传统电池储能存在成本较高,频繁充放电易导致寿命降低的问题,建立基于电热、电氢、氢电及氢热能量转换方程的电热混合储能模型,并在此基础上提出一种微网自治运行策略。该文首先研究无电池储能的热电联合微网系统中加入电转氢(power to hydrogen,P2H)设备,形成了含电热氢综合能量的储能系统,建立一种以微燃机、电转氢设备和电锅炉为核心的电热混合储能(electro-thermal energy storage system,ETSS)模型。其次,以微网内多种能源综合运行成本最低和最大化消纳弃风为目标,建立电热混合储能系统多目标运行模型,进而提出微网多能源自治运行策略。最后以我国北方地区某多能源微网为例,建立基于电热混合储能的多源微网自治优化运行仿真模型。算例结果分析表明,与含传统电池储能热电联合型微网相比,采用电热混合储能的多源微网系统具有较好的灵活性和经济性,并能够提高风电的消纳能力。

电热相变储能供热装置的热效率模拟与试验研究

从能量守恒的角度出发,以装置表面的散热损失为主,推导出电热相变储能供热装置的热效率模型,对其进行了模拟计算,得出了热效率随供热量的变化规律。与实测结果的对比表明二者较为吻合。

计及电热混合储能的风电消纳低碳经济调度模型研究

为降低“三北”地区冬季供暖期弃风率及减少发电过程中碳排放对环境的污染,提出一种计及电热混合储能的风电消纳低碳经济调度模型。首先,提出电热混合储能系统运行策略,所提策略将弃风与电、热两种储能设备的运行状态结合起来,构建电热混合储能系统数学模型。其次,在考虑碳交易机制基础上,兼顾系统运行的经济性和低碳性以系统综合运行成本最低为目标,建立包含风电、常规火电机组、热电联产机组以及电热混合储能的热电联合系统低碳经济调度模型。最后,通过算例仿真分析不同储能方式下储能设备之间的相互影响,并进一步对4种储能方式下系统的风电消纳效果、碳排放以及经济成本进行分析。分析结果证明,在电热混合储能方式下的系统风电消纳能力最优且碳排放最低。

考虑电热混合储能的多能互补协同削峰填谷策略

针对电网峰谷负荷波动日益严峻的问题,从负荷侧多类型能源深度耦合的角度,提出将电热互补混合储能系统应用于园区削峰填谷控制。基于电化学储能与相变储能系统电-热联合运行模型,综合考虑净负荷方差及运行成本的多属性决策目标,提出含电热混合储能系统的园区削峰填谷策略。并利用随机波动模型对园区负荷进行预测,分析所提策略应对负荷波动的抗风险能力。基于深圳商业园区的算例分析表明,电热混合储能系统能够在保证满足用户热需求的前提下,充分利用电化学储能灵活双向功率控制和相变储能长时间尺度调节能力,有效提升园区削峰填谷效果及运行经济效益。

考虑电池寿命损耗的园区综合能源电/热混合储能优化配置

针对园区综合能源系统(PIES)储能容量优化配置问题,为提升PIES规划-运行经济性,提出了考虑电池寿命损耗的PIES电/热混合储能优化配置方法。首先,构建了适用于PIES规划问题的电池寿命损耗模型,用于量化评估电池寿命损耗;进而,在考虑PIES多能互补特性基础上,引入电池置换成本体现电池寿命损耗的长期影响,以电/热混合储能投资置换成本与运行成本等年值最低为目标函数,建立了PIES电/热混合储能容量双层优化配置模型;最后,通过算例验证了文中混合储能配置方法对系统规划-运行经济性、电池使用寿命的提升效果,并比较分析了电/热混合储能与单一储能对系统规划-运行经济性和电池使用寿命的影响。

外置电阻式固体蓄热结构热应力建模与分析

针对外置电阻式蓄热体在温度载荷下产生热形变致使蓄热体结构不稳定的问题,利用理论推导与有限元数值模拟相结合的方式对蓄热体的热形变及热应力进行分析。通过理论推导不同相变蓄热材料在温度载荷下所产生的热应力及热形变方程,并利用数值模拟的方式对某一工况下的蓄热体热应力数值及分布情况研究,同时进行实际案例分析验证蓄热体内热应力的存在与危害,为蓄热体结构优化设计和工况参数配置提供参考依据。

考虑电热混合储能与重构联合优化的配电网风电消纳策略

可再生能源消纳是促进节能减排、建设低碳智能电网的重要内容之一。该文着眼于配电网运行环节,引入主动网络重构措施,协同电热混合储能管控,提出适用于配电网风电消纳的多能源优化消纳模型与求解策略。首先,对配电网各单元(如分布式风电系统、电热混合储能系统等)功率模型进行分析,在此基础上建立综合电热混合储能管控和网络重构的非线性混合整数数学优化模型,并采用二阶锥手段松弛线性化非线性约束,实现模型的快速求解。算例仿真验证并展示了电热混合储能管控和网络重构的联合优化策略对配电网促进风电消纳的影响。