【壓縮機(jī)網(wǎng)】西安交通大學(xué)開展末級(jí)壓縮僅有一個(gè)噴射器的絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能數(shù)值研究

　　技術(shù)領(lǐng)域：絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能

　　開發(fā)單位：西安交通大學(xué) 鄧建強(qiáng)

　　文章名稱：Zheng Cao, Jianqiang Den, et al. Numerical study on adiabatic compressed air energy storage system with only one ejector alongside final stage compression. Applied Thermal Engineering, 2022.

　　技術(shù)突破：采用噴射器改進(jìn)滑動(dòng)壓力壓縮的CAES系統(tǒng)，緩解離心式壓縮機(jī)的阻塞問題，與沒有噴射器的系統(tǒng)相比，系統(tǒng)往返效率提高了2.73%。

　　應(yīng)用價(jià)值：對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能的系統(tǒng)和工程設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，并提高了絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能的系統(tǒng)性能。

　　絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能（A-CAES）系統(tǒng)中使用的離心式壓縮機(jī)在充氣過程中可采取滑壓運(yùn)行策略使系統(tǒng)保持較高的往返效率。然而，末級(jí)壓縮機(jī)可能在低背壓下產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)。此時(shí)，在儲(chǔ)氣罐的進(jìn)口或出口安裝節(jié)流閥可以減少可變背壓或進(jìn)口壓力對(duì)系統(tǒng)性能的影響。然而，節(jié)流閥給A-CAES系統(tǒng)帶來的節(jié)流損失會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)能效降低。于是，在充電過程中使用噴射器和滑動(dòng)壓力壓縮以減少節(jié)流損失，提高系統(tǒng)性能。然而在目前使用的方法中，轉(zhuǎn)換器控制轉(zhuǎn)速并實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)壓力壓縮可能會(huì)增加成本，并存在阻塞風(fēng)險(xiǎn)，多噴射器可能會(huì)帶來提高設(shè)備成本和運(yùn)行成本。

　　為解決上述問題，來自西安交通大學(xué)的研究員提出了一種新的A-CAES系統(tǒng)，其中在較低的存儲(chǔ)壓力下僅使用一個(gè)噴射器，并且充電過程是在較高的存儲(chǔ)壓力條件下和應(yīng)用恒定轉(zhuǎn)速的滑動(dòng)壓力壓縮完成的，以此來提高系統(tǒng)性能。末級(jí)壓縮機(jī)旁的噴射器使用高壓空氣夾帶來自上級(jí)壓縮機(jī)的空氣，以恢復(fù)壓力能，并緩解在較低存儲(chǔ)壓力條件下滑動(dòng)壓力壓縮的阻塞問題，如圖1所示。數(shù)值研究表明，由于使用了噴射器，滑壓壓縮的背壓變化范圍減小了39.87%，與恒壓運(yùn)行的A-CAES相比，該系統(tǒng)的往返效率和火用效率隨卷吸比和初始儲(chǔ)存壓力的增加而增加。對(duì)于具有噴射器、滑壓操作和恒壓操作的三種A-CAES系統(tǒng)，在不同初始存儲(chǔ)壓力下，其最大往返效率分別達(dá)到57.94%、58.32%和55.31%。當(dāng)初始儲(chǔ)存壓力為5.0 MPa，卷吸比為0.168時(shí)，與A-CAES相比，具有噴射器的A-CAES系統(tǒng)的的往返效率最大提高了2.73%，火用效率最大降低了2.49%，能耗最大降低了5.36%。（編譯：高梓玉，張新敬 INESA）

　　波蘭西里西亞工業(yè)大學(xué)開展使用采礦豎井作為新型熱能儲(chǔ)存裝置的絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究

　　技術(shù)領(lǐng)域：絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能

　　開發(fā)單位：西里西亞大學(xué) Jakub Ochmann

　　文章名稱：?ukasz Bartela, Jakub Ochmann, et al. Evaluation of the energy potential of an adiabatic compressed air energy storage system based on a novel thermal energy storage system in a post mining shaft. Journal of Energy Storage, 2022.

　　技術(shù)突破：利用采礦豎井提出了一種熱能和壓縮空氣混合存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用于A-CAES系統(tǒng)中，往返效率達(dá)到70.44%。

　　應(yīng)用價(jià)值：證明了壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能潛力和有效性。

　　在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能（A-CAES）系統(tǒng)具有許多優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)的往返效率可以超過75%。然而，任何A-CAES系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)都是研究設(shè)計(jì)熱能存儲(chǔ)（TES）裝置。A-CAES系統(tǒng)中最常用的TES裝置設(shè)計(jì)是收集壓縮過程的壓縮熱，使高壓空氣在進(jìn)入膨脹機(jī)前從TES裝置的蓄熱材料中吸收該熱量，提高膨脹機(jī)的運(yùn)行效率。然而，由于TES裝置外部的大氣壓力與其內(nèi)部的壓縮空氣壓力之間存在較大差異，因此需要使用具有非常厚的大型混凝土結(jié)構(gòu)。地下壓縮空氣儲(chǔ)氣庫廣泛應(yīng)用于A-CAES系統(tǒng)中，然而該方案需要一個(gè)地上TES儲(chǔ)熱罐。由于該高壓儲(chǔ)熱罐暴露在不斷變化的天氣條件下，因此會(huì)產(chǎn)生額外的成本。

　　為解決上述問題，來自波蘭的研究員提出了一種熱能和壓縮空氣混合存儲(chǔ)的概念和結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在A-CAES系統(tǒng)的充電階段，高溫高壓空氣通過帶有內(nèi)置切斷閥的入口管道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，并軸向流過TES系統(tǒng)，與蓄熱材料進(jìn)行熱交換。在A-CAES系統(tǒng)的放電階段，空氣流經(jīng)TES系統(tǒng)，從蓄熱材料中吸收熱量，并通過帶有內(nèi)置切斷閥的管道流向A-CAES系統(tǒng)的膨脹機(jī)。在該系統(tǒng)中，由于利用采礦豎井作為儲(chǔ)氣罐，位于地下，溫度恒定，因此由于溫度變化而產(chǎn)生的壓力波動(dòng)得以消除，而且不需要建造地上TES儲(chǔ)罐，節(jié)省了有限的可用空間。對(duì)于包含兩級(jí)空氣壓縮機(jī)、帶有內(nèi)置兩段式熱能系統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)罐和兩級(jí)空氣膨脹機(jī)的A-CAES系統(tǒng)的熱力學(xué)分析表明，該系統(tǒng)的往返效率為70.44%，壓縮空氣的最高溫度不超過310℃。儲(chǔ)熱罐的數(shù)值研究表明，儲(chǔ)熱罐的能量效率為95%。（編譯：高梓玉，張新敬 INESA）