中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能（先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能，超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能等）通過回收并存儲(chǔ)壓縮過程中產(chǎn)生的壓縮熱，并在釋能過程中釋放出來，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能需要燃燒化石能源的問題，具有儲(chǔ)能效率高、儲(chǔ)能容量大和無二氧化碳排放等優(yōu)點(diǎn)，是目前最有發(fā)展前景的大規(guī)模電力儲(chǔ)能技術(shù)之一。其中，儲(chǔ)熱是影響先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。
近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲(chǔ)能研發(fā)中心提出了基于顯熱存儲(chǔ)的新型間接式常壓儲(chǔ)熱技術(shù)（圖1(a)），系統(tǒng)采用常壓填充床（圖1(b)）替代高壓蓄熱裝置，由泵驅(qū)動(dòng)的常壓空氣作為中間導(dǎo)熱介質(zhì)通過換熱器獲得壓縮空氣的熱量，并以直接接觸式換熱的方式傳遞給填充床內(nèi)部堆積的巖石顆粒進(jìn)行顯熱存儲(chǔ)。顯然，常壓儲(chǔ)熱技術(shù)替代高壓蓄熱、高效直接接觸式換熱方式和廉價(jià)巖石顆粒作為顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)等特點(diǎn)使得該型間接式常壓儲(chǔ)熱系統(tǒng)具有成本低、效率高和可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)的提出是研究所在先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能走向大型化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路的一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)創(chuàng)新。
近日，為了深入掌握該型間接式常壓儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理和特性，科研人員依托中關(guān)村壓縮空氣儲(chǔ)能基礎(chǔ)試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)其中關(guān)鍵的填充床儲(chǔ)熱裝置的運(yùn)行性能及影響因素開展了實(shí)驗(yàn)研究，并通過在填充床內(nèi)部中心軸向和兩個(gè)徑向位置布置的多個(gè)熱電偶（圖1(b)）監(jiān)測(cè)儲(chǔ)熱/釋熱實(shí)驗(yàn)過程中填充床內(nèi)部的溫度分布和溫度變化過程（如圖2），獲得了不同儲(chǔ)/釋熱空氣流動(dòng)方向和蓄熱溫度下，填充床蓄熱裝置在儲(chǔ)熱和釋熱過程中的動(dòng)態(tài)傳熱特性，并從能量和火用角度分析了填充床蓄熱循環(huán)的總體性能。
研究結(jié)果表明，填充床內(nèi)部導(dǎo)熱、軸向的自然對(duì)流作用、空氣流動(dòng)孔隙結(jié)構(gòu)均會(huì)影響儲(chǔ)/釋熱過程填充床的動(dòng)態(tài)傳熱特性，尤其是軸向上的自然對(duì)流作用和空氣流動(dòng)孔隙結(jié)構(gòu)能夠影響空氣在填充床內(nèi)的壓力和速度分布，從而影響空氣在填充床內(nèi)的換熱性能；儲(chǔ)/釋熱空氣流動(dòng)方向影響填充床內(nèi)部溫度動(dòng)態(tài)特性的主要因素是填充床軸向上的自然對(duì)流作用；當(dāng)采用蓄熱過程熱空氣自上而下流動(dòng)，對(duì)應(yīng)釋熱過程常溫空氣自下而上流動(dòng)的方案，能夠有效抑制填充床軸向上的自然對(duì)流作用；填充床蓄熱循環(huán)的熱效率和?效率比較于采用與之相反的儲(chǔ)/釋熱空氣流動(dòng)方向時(shí)可以提高9%和5%（圖3）；提高蓄熱溫度也有助于改善填充床蓄熱循環(huán)的性能。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”）的支持，研究成果已在國際期刊Energy上發(fā)表。
圖1 新型間接式常壓儲(chǔ)熱系統(tǒng)：(a)間接儲(chǔ)熱回路 (b)填充床儲(chǔ)熱裝置
圖2 非穩(wěn)態(tài)儲(chǔ)熱/釋熱過程中填充床內(nèi)部各點(diǎn)溫度變化
圖3 不同工況下的儲(chǔ)熱效率和?效率
