PDF《专家论丛》

释能时,将储存 的热量反馈给透平进口空气,以提高空气的做功 能力.显然如此高的排气温度对压缩机及蓄热系 统提出了严苛的要求,项目的技术难度颇大.但 由于高技术的投入,也使系统获得了可观的储能 效率(系统的理论设计循环效率可达70%),未 来一旦获得突破,将会是一种理想的储能技术. 基于目前常规设备的技术现状,为了获得高 效、可靠、可行的压缩空气储能系统,清华大学

2016 No.1 All About Systems and Control

59 图6 德国ADELE系统示意图(左图)及流程图(右图) 图7 TICC-500压缩空气储 能原理示意图(上图)及流 程图(右图) 系统与控制纵横 2016年第1期60 图8-1 TICC-500系统正视图 图8-2 TICC-500系统侧视图 提出了基于压缩热回馈的非补燃压缩空气储能技 术方案(Non-supplementary Fired Compressed Air Energy Storage,NF-CAES)(如图7所示). NF-CAES利用回热装置实现压缩热的回收、存储 和再利用,进而摒弃了燃料补燃,系统运行过程 中无污染、无排放.此外,系统在储能发电的同 时,还可以利用压缩热对外供暖,以及利用透平 的低温排气进行供冷,因而具有冷、热、电三联 供的能力(Combined Cooling, Heating and Power system,CCHP),能量的综合利用效率较高. 在国家电网的资助下,清华大学主导开展了相关 的研究工作,并在芜湖建成装机容量为500 kW的TICC-500非补燃压缩空气储能发电系统(如图8 所示).该系统已实现储能发电的循环运行,系 统电换电的实验效率为40%,能量综合利用效率 达到72%,为目前世界上首套实现储能发电循环 运行的非补燃式压缩空气储能系统. 3. 压缩空气储能过程中的能量转换浅析 效率是衡量储能系统性能优劣的关键因素, 高效电能存储和转换是储能系统追求的最终目 标.虽然压缩空气储能较抽水蓄能具有许多优 点,但目前其效率低于抽水蓄能(抽水蓄能效率 可达75%以上).为了探索影响压缩空气储能效 率的因素,下面我们对其能量转换过程进行简单 的剖析. 压缩空气储能属于多过程耦合系统,其涉及 电能、热能、分子势能、机械能等多种形式能量 的存储和转换,过程复杂.为了便于理解和分析 系统储能过程中的能量转换机理,以TICC-500 压缩空气储能系统为例,我们采用热力学的? (exergy,Ex)理论来对系统进行分析,简要说 明其能量损失的机制,探索提高系统储能效率的 方向.

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61 图9 压缩空气储能系统?损失分析 TICC-500系统的主要参数配置如表1所示. 发电功率

500 kW 发电时间

1 h 储气室容积

100 m3 储气室工作压力 3-10 MPa 透平进气压力 2.7 Mpa 压缩机绝热效率 80% 透平绝热效率 80% 透平绝热效率 120℃ 表1 TICC-500系统配置参数 通过热力分析计算,可以获得压缩、储热、 储气和透平膨胀发电等每个过程的能量传递和转 换状态,进而得出系统?损失的分布规律(如图9 所示). 发电机输出的电能和压缩机消耗的电能均 全部为?,两者的比值即为系统的储能效率 (42%),两者的差值即为系统储能过程的?损 失.压缩过程、储热过程以及膨胀发电过程为 系统?损失的三个主要方面,在压缩和膨胀过 程中,........