作者：郭丁彰1,2(圖片), 尹釗1,2, 周學(xué)志3(圖片), 徐玉杰1,2, 盛勇1, 索文輝1, 陳海生1,2,4(圖片)
單位：1.中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)；3.畢節(jié)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)國(guó)家能源大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)中心；4.中國(guó)科學(xué)院清潔能源創(chuàng)新研究院
引用： 郭丁彰,尹釗,周學(xué)志等.壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)氣裝置研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2021,10(05):1486-1493.
DOI： 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0356
摘 要 壓縮空氣儲(chǔ)能被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)氣裝置作為壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)高效、穩(wěn)定和安全運(yùn)行具有重要影響。近些年來(lái)，隨著壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，儲(chǔ)氣裝置的研究備受人們關(guān)注。儲(chǔ)氣裝置的特點(diǎn)主要取決于其材料屬性，因此本文根據(jù)材料不同對(duì)儲(chǔ)氣裝置進(jìn)行分類(lèi)，并著重論述了天然地下洞穴儲(chǔ)氣、人造洞室儲(chǔ)氣、金屬材料儲(chǔ)氣以及復(fù)合材料儲(chǔ)氣的應(yīng)用。對(duì)比分析表明，天然地下洞穴儲(chǔ)氣規(guī)模大、成本低，但是依賴(lài)于特殊地質(zhì)和地理?xiàng)l件，因此應(yīng)積極探索具有靈活布置特性的新型儲(chǔ)氣方案。進(jìn)一步地，本文闡述了不同類(lèi)型儲(chǔ)氣裝置當(dāng)前所面臨的挑戰(zhàn)，分別探討了儲(chǔ)氣裝置精準(zhǔn)熱力學(xué)模型建立、地下洞穴儲(chǔ)氣穩(wěn)定性評(píng)價(jià)以及復(fù)合材料儲(chǔ)氣結(jié)構(gòu)特性研究中亟需解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并對(duì)未來(lái)儲(chǔ)氣裝置的發(fā)展趨勢(shì)以及研究熱點(diǎn)進(jìn)行了展望和總結(jié)。旨在為壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)氣裝置的選型和理論研究提供指導(dǎo)，為改善壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和儲(chǔ)氣裝置性能提供借鑒。
關(guān)鍵詞 壓縮空氣儲(chǔ)能；儲(chǔ)氣裝置；熱力學(xué)模型；結(jié)構(gòu)特性；穩(wěn)定性
大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是解決棄風(fēng)、棄光問(wèn)題，顯著提高可再生能源消納水平，推動(dòng)主體能源由化石能源向可再生能源更替，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的關(guān)鍵技術(shù)。其中，壓縮空氣儲(chǔ)能被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ奈锢韮?chǔ)能技術(shù)，具有規(guī)模大、成本低、壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，而且涉及冷、熱、電多種能量形式的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化，便于耦合各種熱力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工作方式靈活性的改善以及系統(tǒng)效率的提高。
傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能通過(guò)多余電能將空氣進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)，需要用電時(shí)利用高壓儲(chǔ)氣推動(dòng)膨脹機(jī)做功，同時(shí)利用燃料對(duì)進(jìn)入膨脹機(jī)前的高壓儲(chǔ)氣進(jìn)行加溫以提高功率密度，其原理如圖1所示。世界上已有兩座大型傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能電站投入商業(yè)運(yùn)行，包括德國(guó)Huntorf電站和美國(guó)McIntosh電站，均采用天然地下鹽穴作為儲(chǔ)氣裝置，儲(chǔ)氣規(guī)模大、建造成本低，但是依賴(lài)于特殊地質(zhì)地理?xiàng)l件。因此，近些年眾多學(xué)者提出人造洞穴儲(chǔ)氣、金屬材料高壓容器儲(chǔ)氣、柔性復(fù)合材料高壓儲(chǔ)氣和恒壓儲(chǔ)氣等技術(shù)措施，擺脫地理?xiàng)l件對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的限制，促進(jìn)其大規(guī)模推廣應(yīng)用。如中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所以金屬材料高壓容器作為儲(chǔ)氣裝置，分別于2013年和2016年建成國(guó)際首套1.5 MW和10 MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng)。加拿大Hydrostor公司以復(fù)合材料柔性氣囊作為儲(chǔ)氣裝置，于2015年在多倫多建成了首個(gè)600 kW的水下壓縮空氣儲(chǔ)能示范工程等。
圖1 傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能原理圖
本文對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能儲(chǔ)氣裝置進(jìn)行了分類(lèi)與總結(jié)，論述了天然地下洞穴、人造洞室、金屬材料儲(chǔ)氣裝置以及復(fù)合材料儲(chǔ)氣裝置的應(yīng)用及特點(diǎn)。進(jìn)一步地，總結(jié)儲(chǔ)氣裝置發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)，并對(duì)儲(chǔ)氣裝置未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
1 儲(chǔ)氣裝置的分類(lèi)
根據(jù)壓力是否變化，壓縮空氣儲(chǔ)能儲(chǔ)氣裝置可分為定壓和變壓儲(chǔ)氣裝置；根據(jù)能否移動(dòng)，可分為固定式和移動(dòng)式儲(chǔ)氣裝置；根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，可分為地下、地面和水下儲(chǔ)氣裝置。不同類(lèi)型儲(chǔ)氣裝置的應(yīng)用及特點(diǎn)主要取決于其材料屬性，其應(yīng)用及特點(diǎn)如表1所示。
表1 儲(chǔ)氣裝置的應(yīng)用及特點(diǎn)
2 儲(chǔ)氣裝置的應(yīng)用
2.1 天然地下洞穴儲(chǔ)氣
天然地下洞穴規(guī)模大、建造成本低，在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，主要包括天然鹽穴、地下含水層以及硬巖層洞穴等。
鹽穴具有較低的滲透率和良好的蠕變行為，密封性較好，力學(xué)性能穩(wěn)定，能夠適應(yīng)運(yùn)行過(guò)程中存儲(chǔ)壓力的交替變換，如圖2所示為鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能的工作原理。德國(guó)Huntorf電站和美國(guó)McIntosh電站均采用深埋地下的天然鹽穴作為儲(chǔ)氣裝置，儲(chǔ)氣規(guī)模分別為310000 m3和560000 m3，儲(chǔ)氣壓力可達(dá)10 MPa和7.5 MPa。一般而言，只要向地下鹽層鉆孔，注水使鹽溶化即可形成用以儲(chǔ)氣的洞室，因此鹽巖洞儲(chǔ)氣成本較低，然而，建設(shè)鹽穴需要在有鹽礦資源分布的地區(qū)，地域上存在限制性。
圖2 鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能示意圖
利用含水層進(jìn)行儲(chǔ)氣，如圖3所示，壓縮空氣被儲(chǔ)存在滲透性強(qiáng)的多孔地層中，將地下水排出形成巨大氣泡，由于空氣-地下水界面的運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)氣壓力相對(duì)恒定，有利于壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的運(yùn)行。利用地下含水層進(jìn)行儲(chǔ)氣更加經(jīng)濟(jì)，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性較好的條件下，成本約2～7 USD/kW·h。但是，地下含水層儲(chǔ)氣同樣存在著選址困難的缺陷，而且墊氣層消耗大。目前，以地下含水層作為儲(chǔ)氣裝置尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，僅存在一些研究型項(xiàng)目，包括意大利Sesta的25 MW多孔巖層壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和采用多孔砂巖結(jié)構(gòu)斜背層進(jìn)行儲(chǔ)氣的美國(guó)IMAU項(xiàng)目等。
圖3 含水層壓縮空氣儲(chǔ)能示意圖
硬巖層結(jié)構(gòu)的洞穴較為常見(jiàn)，巖石堅(jiān)硬具有更高的抗壓強(qiáng)度，但施工難度加大，費(fèi)用較高。美國(guó)Ohio州的Norton壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，采用位于地下670 m深處的廢棄石灰?guī)r礦井儲(chǔ)存壓縮空氣，容量為9570000 m3，存儲(chǔ)壓力可達(dá)11 MPa。
總之，天然地下洞穴規(guī)模大、成本低，優(yōu)勢(shì)明顯，但是受限于特殊地質(zhì)地理?xiàng)l件，難以實(shí)現(xiàn)靈活布置和大范圍推廣，并且深埋地下，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，漏氣不易監(jiān)測(cè)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性難以得到有效保障，存在一定安全隱患。
2.2 人造洞室儲(chǔ)氣
人造洞室減弱了對(duì)于特殊地質(zhì)地理?xiàng)l件的依賴(lài)，主要包括淺埋地下的人工內(nèi)襯洞穴儲(chǔ)氣裝置以及用于水下的混凝土人造儲(chǔ)氣室。
人工內(nèi)襯洞穴以混凝土作為襯砌，配合密封層和圍巖組成，如圖4所示。其中，高壓儲(chǔ)氣所產(chǎn)生的荷載主要由圍巖承受，混凝土襯砌配合密封層確保密封良好，相比天然洞穴密封性更好，可使儲(chǔ)氣壓力更高。日本針對(duì)位于地下450 m，直徑6 m，容積約1600 m3的廢棄煤礦隧道，采用鋼筋混凝土作為襯砌，橡膠作為密封層，氣密性測(cè)試發(fā)現(xiàn)在0.9 MPa的儲(chǔ)氣壓力下每天最大泄漏率為0.5%。瑞典在巖石層下115 m，以鋼筋混凝土作為襯砌，建設(shè)了人工巖洞，容積約40000 m3，儲(chǔ)氣壓力可達(dá)20 MPa。韓國(guó)針對(duì)內(nèi)襯巖石洞室的可行性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，其壓縮空氣儲(chǔ)能電站試點(diǎn)項(xiàng)目于2011年開(kāi)始，位于地下100 m的石灰?guī)r內(nèi)建設(shè)了直徑5 m，長(zhǎng)度約200 m的隧道狀洞室，以混凝土作為襯砌，并采用300 mm的鋼板加強(qiáng)密封。我國(guó)為驗(yàn)證淺埋地下儲(chǔ)氣庫(kù)的可行性，在湖南長(zhǎng)沙一花崗巖層內(nèi)建造了淺埋硬巖試驗(yàn)庫(kù)，埋深約110 m，凈空體積約28.8 m3，以設(shè)計(jì)壓力10 MPa進(jìn)行了多次完整的壓縮空氣充放循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)果證明長(zhǎng)時(shí)高壓儲(chǔ)氣條件下其密封性良好。
圖 4 淺埋地下的人工內(nèi)襯洞室壓縮空氣儲(chǔ)能示意圖
可用于水下環(huán)境的混凝土人造儲(chǔ)氣室，也被嘗試作為水下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)氣裝置。該儲(chǔ)氣裝置為開(kāi)式結(jié)構(gòu)，允許海水自由出入。壓縮空氣儲(chǔ)能時(shí)，利用高壓空氣將儲(chǔ)氣裝置內(nèi)的海水排出。放氣釋能時(shí)，海水在靜水壓力作用下進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置維持氣源壓力恒定。加州大學(xué)圣地亞哥分校的Seymour等提出利用寬30 m，高8 m，長(zhǎng)300 m的混凝土箱作為儲(chǔ)氣裝置；北卡羅來(lái)納大學(xué)的Lim等提出利用高8 m，底面邊長(zhǎng)40 m，內(nèi)部容積903 m3的混凝土室作為儲(chǔ)氣裝置。然而，水下混凝土人造儲(chǔ)氣室導(dǎo)致壓縮空氣中含水量較多，容易造成做功設(shè)備腐蝕損壞，目前尚未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
2.3 金屬材料儲(chǔ)氣
金屬材料壓力容器根據(jù)存儲(chǔ)壓力可分為低壓儲(chǔ)氣裝置(0.1 MPa≤P<1.6 MPa)、中壓儲(chǔ)氣裝置(1.6 MPa≤P<10 MPa)、高壓儲(chǔ)氣裝置(10 MPa≤P<100 MPa)以及超高壓儲(chǔ)氣裝置(P≥100 MPa)，其密封性好，運(yùn)行可靠性高，設(shè)計(jì)制造技術(shù)成熟，而且安裝布置靈活。
金屬材料儲(chǔ)氣裝置比較常見(jiàn)的有圓筒形儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐。圓筒形儲(chǔ)罐一般由筒體、封頭以及法蘭、接管、密封元件和支座等零部件組成，主要分為立式和臥式。面積相同的情況下，球形儲(chǔ)罐容積一般大于圓筒形儲(chǔ)罐，而且相同的內(nèi)壓下，球形儲(chǔ)罐的受力更加合理。但是，球形儲(chǔ)罐的制作材料以及工藝要求更高。
相比儲(chǔ)罐儲(chǔ)氣，直徑較小的壓力管道儲(chǔ)氣便于集成管網(wǎng)形成規(guī)模，安裝布置更加靈活，目前在我國(guó)貴州10 MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中得到應(yīng)用，如圖5所示。相比之下，管道儲(chǔ)氣方案在天然氣領(lǐng)域使用更為廣泛，其設(shè)計(jì)壓力通常在10 MPa以上，并不斷向高壓力、大口徑、高級(jí)鋼的方向發(fā)展。
圖5 金屬管道儲(chǔ)氣裝置
2.4 復(fù)合材料儲(chǔ)氣
增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料管道采用高強(qiáng)度的芳綸、玻璃纖維、玄武巖纖維、鋼絲等制成增強(qiáng)帶，內(nèi)層和外層是耐腐蝕耐磨損的聚烯烴，承壓范圍7～25 MPa。而且，相比金屬材料，可減重約30%，耐腐蝕，抗疲勞，失效模式安全，生產(chǎn)同等體積的能耗僅是金屬材料的1/3～1/4，更加符合當(dāng)今“節(jié)能減排”“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)德國(guó)WEICON公司研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料管道相比金屬材料管道可節(jié)省材料和加工費(fèi)用超過(guò)25%，并且承受高壓的同時(shí)保持一定柔韌性，能夠做成盤(pán)管進(jìn)一步降低運(yùn)輸和安裝成本。由此可知，利用復(fù)合材料管道替代金屬材料壓力管道進(jìn)行儲(chǔ)氣具有一定的發(fā)展?jié)摿Α?
另一方面，水下恒壓儲(chǔ)氣方案中，儲(chǔ)氣裝置內(nèi)外壓差較小，顯著降低了對(duì)于壓力容器承壓能力的要求?？扇我庹郫B變形的柔性復(fù)合材料氣囊被成功應(yīng)用在水下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，如圖6所示，諾丁漢大學(xué)Garvey團(tuán)隊(duì)委托加拿大Thin Red Line Aerospace公司制造了直徑1.8 m和直徑5 m的南瓜形柔性儲(chǔ)氣囊，分別進(jìn)行了室內(nèi)水箱實(shí)驗(yàn)和25 m深的真實(shí)水下實(shí)驗(yàn)。加拿大Hydrostor公司利用水滴形氣囊作為儲(chǔ)氣裝置，在水下80 m進(jìn)行了壓縮空氣儲(chǔ)能試驗(yàn)。柔性復(fù)合材料氣囊通常以涂層織物為原料，具有密封性良好和耐腐蝕優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛的涂層織物有聚氯乙烯(PVC)襯里涂層織物和聚氨酯(TPU)襯里涂層織物等。
圖6 復(fù)合材料氣囊：(a) 南瓜形；(b) 水滴形
3 儲(chǔ)氣裝置面臨的挑戰(zhàn)
3.1 精準(zhǔn)熱力學(xué)模型
儲(chǔ)氣裝置充放氣過(guò)程中，氣體與外界進(jìn)行質(zhì)量交換，勢(shì)能變化的同時(shí)伴隨著熱量交換，其熱力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)具有重要影響。目前，儲(chǔ)氣裝置熱力特性的研究通常基于簡(jiǎn)化的絕熱模型和等溫模型。但事實(shí)上，不同類(lèi)型儲(chǔ)氣裝置的傳熱過(guò)程差異明顯，與應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)。
對(duì)于地下洞穴儲(chǔ)氣，一方面，儲(chǔ)能時(shí)氣體壓力和溫度升高，儲(chǔ)氣裝置壁面溫度隨之升高，而釋能時(shí)氣體壓力和溫度下降，前期存儲(chǔ)于圍巖內(nèi)的熱量又傳遞至儲(chǔ)氣裝置內(nèi)氣體，其壁面溫度隨之下降；另一方面，地下儲(chǔ)氣裝置圍巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常難以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)密封。因此，急需結(jié)合實(shí)際對(duì)流傳熱過(guò)程以及泄漏的影響，針對(duì)現(xiàn)有熱力學(xué)模型進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
對(duì)于地面高壓容器儲(chǔ)氣，其內(nèi)部為復(fù)雜多變的強(qiáng)制對(duì)流換熱，外側(cè)為自然對(duì)流換熱，一般給定環(huán)境空氣溫度和自然對(duì)流換熱系數(shù)作為熱邊界條件。然而，地面儲(chǔ)氣裝置傳熱機(jī)制與充放氣流量，最大儲(chǔ)氣壓力以及儲(chǔ)氣裝置的規(guī)模，形狀和布置方式等因素密切相關(guān)，因此針對(duì)結(jié)構(gòu)多變的地面儲(chǔ)氣裝置，需要考慮真實(shí)環(huán)境，建立基于無(wú)量綱參數(shù)的通用關(guān)聯(lián)式，開(kāi)展不同規(guī)模地面儲(chǔ)氣裝置內(nèi)熱力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè)。
對(duì)于水下柔性儲(chǔ)氣囊，儲(chǔ)能和釋能運(yùn)行過(guò)程中氣囊會(huì)發(fā)生較大形變，對(duì)氣囊內(nèi)部和外部流場(chǎng)具有顯著影響。與此同時(shí)，氣囊內(nèi)部和外部的流場(chǎng)特性也決定著其變形規(guī)律。因此，不同于常規(guī)儲(chǔ)氣裝置，柔性氣囊內(nèi)的熱力特性研究需基于雙向流固耦合模型，但目前相關(guān)研究匱乏。
3.2 地下洞穴儲(chǔ)氣穩(wěn)定性
地下洞穴內(nèi)高壓儲(chǔ)氣所產(chǎn)生的載荷主要由四周?chē)鷰r承受，然而巖石層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在漏氣和塌陷等安全隱患。因此，地下洞穴儲(chǔ)氣研究重點(diǎn)在于其穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。
對(duì)于鹽穴以及硬巖層洞穴，圍巖塑性區(qū)能夠較好地反映四周?chē)鷰r受力的危險(xiǎn)區(qū)域，被視為穩(wěn)定性評(píng)價(jià)依據(jù)。此外，地下幾十度的溫度變化至少能夠引起圍巖幾倍蠕變速率的變化，因此其穩(wěn)定性分析也有賴(lài)于地下洞穴儲(chǔ)氣熱力耦合模型的建立。在此基礎(chǔ)之上，還應(yīng)考慮儲(chǔ)氣泄漏的影響，構(gòu)建真實(shí)運(yùn)行工況，洞穴儲(chǔ)氣內(nèi)部熱力響應(yīng)和圍巖相互作用下的流熱固耦合模型。
對(duì)于以混凝土作為襯砌的人造洞穴，循環(huán)變化的壓力和溫度載荷容易使具有硬脆性的襯砌層出現(xiàn)裂紋，從而導(dǎo)致密封失效。
對(duì)于地下含水層儲(chǔ)氣，由于空氣-地下水界面的運(yùn)動(dòng)儲(chǔ)氣壓力相對(duì)恒定，有利于系統(tǒng)效率的提升，但尚未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。含水層滲透率和地質(zhì)構(gòu)造等固有條件對(duì)于含水層儲(chǔ)氣效率以及穩(wěn)定性均具有重要影響，然而相關(guān)研究匱乏。
3.3 復(fù)合材料儲(chǔ)氣結(jié)構(gòu)特性
復(fù)合材料在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用包括熱塑性復(fù)合材料高壓管道和水下柔性氣囊。
對(duì)于熱塑性復(fù)合材料高壓管道，其失效原因主要是壓力過(guò)高所致，因此強(qiáng)度分析至關(guān)重要。復(fù)合材料具有明顯的各向異性，某一纖維增強(qiáng)層失效時(shí)載荷會(huì)重新分配，應(yīng)力變化極其復(fù)雜。因此，研究難點(diǎn)在于力學(xué)特性研究以及數(shù)學(xué)模型的建立。
對(duì)于水下柔性氣囊，充放氣過(guò)程中形成的折痕是其失效的主要原因，因此變形規(guī)律研究尤為重要。英國(guó)諾丁漢大學(xué)Garvey團(tuán)隊(duì)受啟發(fā)于超壓氣球的設(shè)計(jì)理念，將氣囊設(shè)計(jì)成南瓜形，并建立了該氣囊的二維有限元模型，研究了氣囊充滿狀態(tài)以及部分充氣狀態(tài)下的形變規(guī)律，但未考慮充放氣過(guò)程中氣囊形狀的動(dòng)態(tài)變化。程涵以流場(chǎng)力作為外載，利用薄殼單元建立了織物氣囊的三維模型，基于流固耦合方法獲得流場(chǎng)力作用下氣囊的折痕與褶皺位置。然而，該研究是基于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，將氣囊變形過(guò)程進(jìn)行了分段處理，并忽略了氣囊的實(shí)際材料特性。總之，耦合柔性儲(chǔ)氣囊內(nèi)部流動(dòng)特性的變形規(guī)律研究匱乏，亟待加強(qiáng)。
4 結(jié)語(yǔ)
（1）天然地下洞穴儲(chǔ)氣規(guī)模大、成本低，然而依賴(lài)于特殊地質(zhì)和地理?xiàng)l件，因此應(yīng)積極研究開(kāi)發(fā)人造洞室、金屬材料及復(fù)合材料儲(chǔ)氣等新型儲(chǔ)氣形式，擺脫壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)地理?xiàng)l件的依賴(lài)，促進(jìn)其大規(guī)模推廣應(yīng)用。
（2）對(duì)于新型儲(chǔ)氣形式，亟待進(jìn)一步開(kāi)展精準(zhǔn)熱力學(xué)模型、地下洞穴穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和復(fù)合材料儲(chǔ)氣結(jié)構(gòu)特性等方面的研究工作，為壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)氣裝置的選型與應(yīng)用提供理論指導(dǎo)依據(jù)。
（3）熱塑性復(fù)合材料管道能夠承受高壓，具有耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)勢(shì)，且生產(chǎn)能耗低，可做成盤(pán)管降低運(yùn)輸和安裝費(fèi)用，有望取代金屬材料用于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。此外，可任意折疊變形的柔性復(fù)合材料氣囊具有密封性良好和耐腐蝕優(yōu)點(diǎn)，可用于水下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有良好的發(fā)展前景。
引用本文： 郭丁彰,尹釗,周學(xué)志等.壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)氣裝置研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2021,10(05):1486-1493. (GUO Dingzhang,YIN Zhao,ZHOU Xuezhi,et al.Status and prospect of gas storage device in compressed air energy storage system[J].Energy Storage Science and Technology,2021,10(05):1486-1493.)
第一作者：郭丁彰（1991—），男，博士研究生，主要研究方向?yàn)閴嚎s空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)氣裝置性能，E-mail：[email protected]
第一作者：周學(xué)志，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)閮?chǔ)熱技術(shù)和壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，E-mail：[email protected]；
通訊作者：陳海生，研究員，主要研究方向?yàn)閴嚎s空氣儲(chǔ)能、蓄冷蓄熱等物理儲(chǔ)能技術(shù)，E-mail：[email protected]。
