中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源大規(guī)模接入、電力系統(tǒng)削峰填谷，以及分布式供能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是目前解決能源環(huán)境問(wèn)題的一個(gè)重要途徑。在所有的儲(chǔ)能技術(shù)中，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能容量大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、比投資小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲(chǔ)能技術(shù)之一，已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。而常規(guī)的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)存在依賴大型儲(chǔ)氣室、依賴化石燃料、系統(tǒng)效率較低等問(wèn)題。
針對(duì)以上問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所儲(chǔ)能研發(fā)中心研究人員提出了一種新型的超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，系統(tǒng)流程如圖1所示。該系統(tǒng)具有很高的能量密度，約為常規(guī)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度的18倍，大幅減小了系統(tǒng)儲(chǔ)罐體積，擺脫了對(duì)地理?xiàng)l件的限制；該系統(tǒng)回收了間冷熱，擺脫了對(duì)化石燃料的依賴；同時(shí)利用了空氣的超臨界狀態(tài)流動(dòng)與傳熱特性提高了系統(tǒng)效率。
系統(tǒng)中空氣的降壓液化可通過(guò)節(jié)流閥或者液體膨脹機(jī)兩種方式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)這兩種超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行熱力性能分析，發(fā)現(xiàn)采用液體膨脹機(jī)的超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（LE-SC-CAES）效率可高達(dá)67.2%，比采用減壓閥的系統(tǒng)(V-SC-CAES)高出7個(gè)百分點(diǎn)，且遠(yuǎn)高于常規(guī)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（效率48%~54%）。該系統(tǒng)?流分析，如圖2所示，顯示系統(tǒng)中?損失主要集中在壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和蓄冷換熱器等關(guān)鍵部件，因此改善壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、蓄冷換熱器關(guān)鍵部件性能對(duì)提高整個(gè)系統(tǒng)性能具有重要作用。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的敏感性分析，儲(chǔ)能研發(fā)中心科研人員發(fā)現(xiàn)在超臨界壓縮空氣系統(tǒng)中儲(chǔ)能壓力和釋能壓力存在一定的匹配關(guān)系，如圖3所示，由于空氣在蓄冷換熱器中的換熱過(guò)程為跨臨界換熱過(guò)程，空氣熱力學(xué)參數(shù)急劇變化，因此在儲(chǔ)能壓力一定的情況下，系統(tǒng)效率隨著釋能壓力的增加先提高后降低，存在一個(gè)最優(yōu)點(diǎn)。
同時(shí)，研究人員研究了壓縮機(jī)等熵效率、膨脹機(jī)等熵效率、間冷器/再熱器壓力損失、間冷器/再熱器換熱溫差等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)效率的影響，從而可為超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。以上研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目支持，相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上（Energy Conversion and Management, 115:167-177,2016）。
圖1 超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)流程圖
圖2 超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)?流圖
圖3 系統(tǒng)效率隨儲(chǔ)能壓力和釋能壓力的變化規(guī)律
