一种新型跨临界压缩二氧化碳储能系统热力分析与改进

为实现储能系统内余热的回收再利用,采用热泵作为热量存储系统,对基于地下储气室的跨临界压缩二氧化碳储能系统(Trans-critical compressed carbon dioxide energy storage,TC-CCES)的压缩热进行回收再热利用,运用热力学定律对该储能系统主要设备进行热力分析及敏感性分析。考虑蓄热介质热物性的限制,研究不同蓄热介质构成的储能系统对系统性能方面的影响。研究表明系统的循环效率、储能效率以及储热效率分别为66%,58.41%,46.11%。在该储能系统工作过程中,随着压缩机和膨胀透平绝热效率的增大,储能系统循环效率和储能效率呈逐渐增大趋势,可通过提高压缩机和透平绝热效率的方法提高系统运行性能。研究还证实了以水为蓄热介质的储能系统效率最高,系统性能最好。

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。

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%。