光热-跨临界压缩二氧化碳储能循环动态特性研究

为了改善新能源发电波动对电网的影响,提出了一种光热-跨临界压缩二氧化碳储能(transcritical compressed carbon dioxide energy storage,TC-CCES)循环集成热力系统,采用模块化机理建模方法,基于能质平衡关系分别建立TC-CCES系统与光热系统的动态数学模型,获取TC-CCES系统在储释能阶段关键参数的动态响应曲线。研究结果表明,系统的储能密度达到28.43 kW/m3,储能效率与循环效率分别为58.01%和60.85%,动态数学模型的最大误差均小于5%。此外,太阳直射辐射变化促使系统热源温度变化,而系统负荷对热源温度变化非常敏感,热源温度升高2.29%,换热器负荷升高3.36%,而且在某地区四季典型日冬季比秋季机组负荷低了23.9%。提出的动态数学模型可用于分析太阳能发电的动态特性,可为控制系统的设计提供理论参考。

吸收式制冷压缩CO_(2)储能系统性能分析

提出了一种结合了吸收式制冷循环的压缩CO_(2)储能系统,该系统采用分流的方式,将一部分CO_(2)引流至二级压缩机,将压缩产生的热量提供给吸收式制冷循环,使其启动工作并提供冷量给主路CO_(2),同时使用高压罐储存液态CO_(2),从而提高系统的储能效率。此外,对该系统进行了热力学分析和多目标优化。结果表明:在设计工况下,吸收器、一级压缩机、透平和级后换热器的[火用]损较大;本系统的储能效率随着冷凝压力、压缩机等熵效率和透平等熵效率的增加而提高,而储能压力的增大会使系统的储能效率降低;系统的最佳储能效率为68.70%,能量密度为0.153 kW·h/m^(3)。

CaO/Ca(OH)_(2)体系热化学储能应用关键问题的讨论

热化学储能由于系统的复杂性还未实现实际的应用。CaO/Ca(OH)_(2)体系是一种较为理想的热化学储能反应体系,通过对CaO/Ca(OH)_(2)体系实际应用中关键反应参数、反应床形式、物料循环方式和水的质热利用等一些关键问题的讨论。研究结果表明CaO/Ca(OH)_(2)体系应向更高温度(600~650℃)的压力型反应器发展,反应器内的气体应脱除CO_(2),需要根据实际需求开展更有针对性的物料循环方式设计,以及水的循环是目前应用系统最需解决的困难等结论。对这些关键问题讨论得出的结论,明晰了热化学储能系统应用研究的方向与困难所在,对其他类似的许多固—汽热化学反应体系也具有重要的意义。

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。

一种新型NG/O_2燃气蒸汽混合工质超临界动力循环

提出了一种以NG/O_2的燃烧产物和给水作为混合工质,集高效发电、调峰、能源存储和二氧化碳捕获等特点于一体的燃气蒸汽混合工质循环(GSMC).低温LNG和液氧通过泵加压后用于CO_2的液化捕集,再经前4级抽汽的过热蒸汽冷却段依次预热后经燃烧器进入燃烧室;循环给水通过回热系统后进入燃烧室的火焰管与外壳之间的环形通道,通过吸热后经喷嘴雾化;燃烧产物和雾化给水混合后进入超临界H_2O/CO_2混合蒸汽透平中膨胀发电.冷凝器分离后的CO_2经多个换热器和2级压缩后被低温LNG和液氧预冷和液化.结果表明,在汽轮机进口参数为40M Pa,800℃和冷凝温度为30℃条件下,发电输出效率为49.2%,扣除了1/4的ASU制氧所消耗的低谷电能后,等效净效率为46.2%.

采用不同工质的压缩气体储能系统热力性能对比分析

通过完善高、中、低温压缩气体储能系统结构,分别使用空气和CO_(2)2种工质进行仿真模拟,对使用不同工质的系统循环效率、储能密度和[火用]进行分析和对比。结果表明:使用空气工质的高、中温系统循环效率更高,低温系统反之;使用空气工质的系统[火用]效率更高;使用CO_(2)工质的系统储能密度更高,系统输入[火用]、输出[火用]和[火用]损失更低。

带储冷的超临界CO2循环太阳能热发电系统

太阳能和风力发电需要配备大规模的储能装置以平抑功率波动,现有可用的储能设备成本偏高,还有待发展和创新。太阳能热发电系统在储能方面的灵活性好,可以储热也可以储冷,热量和冷量可分别用于热力循环的热端和冷端。鉴于超临界CO2循环效率随着冷端温度降低而显著升高,并且工质沸点温度足够低,可降温的空间很大,提出带储冷的超临界CO2循环太阳能热发电系统的概念,通过制冷来间接储存多余的新能源电力。对主参数分别为550℃/20 MPa和700℃/30 MPa的超临界CO2循环的热力学分析表明,上述系统的储能量可达太阳能热发电站发电量的10%,储能效率可达60%以上。初步的经济性分析表明,此系统用于弃风、弃光电力的回收,约3~5年可收回储能设备投资,具有较好的经济性。

采用超临界二氧化碳动力循环回收燃气轮机排气余热的系统优化研究

采用超临界二氧化碳(S-CO_(2))动力循环回收燃气轮机排气余热可以提高系统性能,增加系统灵活性,减小系统体积。为此,本文采用遗传算法,以Taurus 60燃气轮机排气为热源对4种S-CO_(2)动力循环构型进行优化。结果表明,采用高、低温2级加热器布置的循环构型4输出净功最高,为3.20 MW,和单独的燃气轮机相比,可使系统热效率提高17.78百分点,是回收燃气轮机排气余热发电的优选构型。针对S-CO_(2)动力循环冷源损失较大的问题,进一步集成以液化天然气(LNG)为冷源的跨临界二氧化碳(T-CO_(2))动力循环回收S-CO_(2)动力循环冷源余热,可以进一步增加输出净功1.23 MW,使系统热效率进一步提高6.86百分点。对预冷器进行夹点分析可知,最小换热温差出现在预冷器热端,未出现夹点效应,满足设计要求。

基于CaO/CaCO3体系的热化学储能研究进展

对近年来关于CaO/CaCO3储能与聚光发电的集成系统和多类型钙基材料储能研究进行综述。闭式CO2布雷顿循环CaO/CaCO3储能系统是最理想的一种集成方案,热电效率高达46%。随着储能循环次数的增加,常规钙基材料的性能迅速衰减,成为其工业化应用的主要缺陷。储能条件、储能材料的成分和微观形貌对钙基材料储能性能有显著影响。添加惰性支撑体/催化剂可以有效提升钙基材料的循环稳定性和储能性能。最后,综合分析CaO/CaCO3储能的优势和面临的挑战并指明今后的研究方向。

太阳能光热发电现状及超临界CO2光热发电技术应用前景

太阳能光热发电技术具有调度方式灵活、可显著减少弃光、易与其他可再生能源互补发电等优势,美国等国家对太阳能光热发电技术的研究和规模化应用较早,我国在太阳能光热发电方面研究、利用较晚,但近年来发展速度较快,并呈现出与美国等国家不同的特点。对近年来美国和中国光热发电技术的发展历程进行了概述,详细分析了适合光热发电技术的超临界CO2布雷顿循环发电系统的特点、优势,并对其应用前景进行了展望。

南通新能源产业发展路径研究

新能源问题是“双碳”背景下的焦点问题,南通市可再生能源发电产业的瓶颈近年来有所突破,但根本问题如市场狭小、产能过剩等无法根除。随着南通本地新能源汽车市场扩大带来用电增加,以及全国新能源汽车市场的爆发性增长在经济内循环背景下导致的新能源主机厂对国内供应链的深耕,南通本土企业也将有机会融入全国产业链。

基于跨临界循环的卡诺电池储能系统构型优化

卡诺电池是一种新兴有前景可实现大规模储能的技术。本文基于跨临界CO2循环的卡诺电池储能系统,首先根据储热介质和有无回热情况,设计了 6种系统构型,并对其热力参数进行优化;之后,从热-经济学的角度开展了对比分析,获得了最优系统构型。结果表明:带回热后的卡诺电池系统比无回热系统综合效率有所提高;其中使用菜籽油时获得最高综合效率(75.28%)和储能密度(36.61 kWh·m^(-3)),且比无回热的系统分别增大了 36.67%和25.68 kWh·m^(-3)。6种卡诺电池系统构型的总投资成本在(11.5~36.3)×10^(6) USD,单位能量的投资成本在954~3028 USD.kW^(-1)·h^(-1);换热器成本占比最高可达54%,储热罐的成本占比最高可达14%,膨胀机和压缩机成本占比分别在18%~31%和14%~26%之间;对比来看,使用导热油并加入回热的卡诺电池系统经济性最好。

钙基吸附剂的CO_(2)捕集及其热化学储能研究进展

针对应用于钙循环(CaL)的钙基吸附剂在循环反应过程中易烧结,导致反应活性快速衰减,影响CaL的规模化应用问题,综述了7种能提升钙基吸附剂的循环CO_(2)捕集能力及储热密度的方法.煅烧有机钙基材料、合成纳米颗粒、添加高熔点骨架物等方法的改性效果很好,但它们的制备成本较高;筛选天然钙基吸附剂、高温蒸气热活化等方法的制备成本较低,但它们的改性效果略低;相比之下,碱金属盐改性和含钙固废转化为吸附剂等方法可以在制备成本较低的条件下,获得较好的改性效果.寻找低成本、高性能的钙基吸附剂是未来CaL技术的一个重要研究方向.

新型中温压缩空气储能余热回收利用系统设计及热经济性分析

中温压缩空气储能系统在储能和释能过程中,存在一部分余热未进行利用。作者针对中温压缩空气储能系统,提出一种新的余热利用方法,即利用跨临界CO_(2)布雷顿循环作为底循环对余热进行回收。结果表明:改进后的系统循环效率达到68.5%,相较于原系统提高了1.3%。对改进后系统在变工况运行时的热经济性分析发现,随着负荷比的增加,回收的余热增多,底循环产生更多的膨胀功,总循环效率上升。

电化学插层中间体诱导从辉钼矿中剥离少片层MoS2在长寿命钠储存中的应用

二维结构的二硫化钼(MoS2 )是一种很有前景的储能材料,然而从天然辉钼矿中剥离出少片层的二硫化钼层仍是一个难题.本文提出了一种有效的电化学阳离子插层制备少片层MoS2 的策略.通过原位拉曼捕获电化学插层过程中的中间产物(TBA+)xMoS2 x-,拉曼映射分析结果表明获得了具有高产率和无相变的少片层MoS2 .值得注意的是,石墨烯的引入进一步增强了剥离的少片层MoS2 的电荷迁移动力学,可以有效增强钠离子的扩散迁移率,缓解MoS2 在充放电过程中的体积变化以及稳定反应产物. E-MoS2 /graphene作为钠离子电池负极材料,其可逆比容量为642.8 mA h g-1(@0.1 A g-1),并表现出优异的倍率性能(比容量分别为447.8和361.9 mA h g-1@1和5 A g-1)以及卓越的长周期循环稳定性,在1 A g-1的电流密度下, 1000次循环后的可逆比容量为328.7 mA h g-1.这种高效的电化学剥离方法也可用于制备其他二维少片层钠离子电池电极材料.

高比能锂硫二次电池界面问题的基础研究

随着分布式储能和电动交通工具的迅猛发展,基于插层化学的传统锂离子电池体系(如LiCoO2/石墨电池)已经不能满足对高能量密度、长循环寿命和低储能成本的迫切需求.在新一代储能技术开发的过程中,基于多电子转化反应和轻元素的锂硫电池由于其超高的理论能量密度、低廉的材料价格以及优异的环境友好性,成为了当前电池领域的热点研究方向.