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綠色革新:將熱能儲存應用于壓縮空氣儲能
2020/1/16 7:12:43    新聞來源:愛思唯爾Elsevier
導讀:傳統的壓縮空氣儲能主要部件包括壓縮機、壓縮空氣存儲器、燃燒室、膨脹機和電動機/發電機等。在儲能過程中,空氣從大氣環境進入壓縮機,被壓縮成高壓空氣后儲存在壓縮空氣存儲器中。在能量釋放過程中,壓縮空氣存儲器中的高壓空氣首先進入燃燒室,與燃料混合燃燒,成為高溫高壓空氣,接著進入膨脹機發揮其作用,從而輸出電能。

(來源:微信公眾號“愛思唯爾Elsevier” ID:ElsevierChina)

近年來,在社會經濟發展本身之外,快速發展的負面產品,能源資源短缺和環境污染等越來越引起人們重視。而儲能技術的發展和應用,可以幫助解決能源有效利用方面的挑戰。

壓縮空氣儲能是一種大規模的物理儲能方式,可以解決光伏和風電等不穩定可再生能源發電并網難的問題,提高其能源利用率。如何提高壓縮空氣儲能的效率,獲得更好的經濟效益,已成為迫切需要研究解決的重要課題。

熱能儲存(Thermal energy storage,TES)技術是解決該問題的有效方法。

在此背景下,華北電力大學能源動力與機械工程學院的周倩和何青等人組成的課題組發表于Elsevier旗下期刊Energy的《A review of thermal energy storage in compressed air energy storage system(壓縮空氣儲能系統中的熱能儲存)》一文對壓縮空氣儲能和熱能儲存技術的發展史和現狀進行了綜述,并就該領域的未來發展趨勢及改進方案提出了觀點和建議。

作者研究發現,經過近50年的生產運作和不斷發展,壓縮空氣儲能已成為除抽水蓄能之外的另一種大規模物理儲能技術,其特點是容量最大、技術成熟和商業化。相較于電池儲能、飛輪儲能等其他形式的儲能技術,壓縮空氣儲能具有儲能效率高、使用壽命長、儲放容量大、投資成本較低等優點。

傳統的壓縮空氣儲能效率較低,理論效率只能達到50%左右。在傳統壓縮空氣儲能的能量釋放過程中,需要外部熱源對高壓氣體進行加熱,使高壓氣體變成高溫高壓氣體,隨后進入膨脹機繼續運作,從而實現系統的輸出功率要求。然而,該系統中的燃料燃燒和廢氣排放違背了壓縮空氣儲能技術的環境和可持續性原則。

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(圖片來自英文原文作者)

圖1:傳統的壓縮空氣儲能(CAES)

很多學者和機構對傳統壓縮空氣儲能存在的此類缺陷進行了深入研究,一直在尋求相應的改進措施。研究者們提出的改進措施之一,是將熱能儲存技術應用到傳統壓縮空氣儲能系統,使其升級為“先進絕熱壓縮空氣儲能”系統。這一方法受到了廣泛的關注和重視,是未來壓縮空氣儲能技術發展的重要方向。

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(圖片來自英文原文作者)

圖2:高級絕熱壓縮空氣儲能(AA-CAES)

本文簡述了壓縮空氣儲能和熱能儲存技術的發展歷史,用數學模型解釋了熱能儲存技術的基本原理和重要參數。

此外探討了熱能儲存技術在壓縮空氣儲能系統中的應用現狀,展望了壓縮空氣儲能的未來發展方向,并提出了關于其發展和改進的意見。


 

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