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    技術領域：絕熱壓縮空氣儲能

    開發單位：華北電力大學冉鵬

    技術突破：新型SI-ACAES系統渦輪功率提高了6.63MW，往返效率提高了3.7%，壓縮熱利用效率提高了9.3%，火用效率提高了2.1%。

    應用價值：提高ACAES系統的裝機容量和產量。

    壓縮空氣儲能（CAES）系統具有響應速度快、使用壽命長、儲能容量大、安全可靠等優點，因此CAES系統越來越受到研究者的重視。CAES系統主要分為絕熱壓縮空氣儲能（A-CAES）系統和非絕熱壓縮空氣儲能系統（D-CAES），雖然D-CAES系統的效率低于A-CAES系統，但由于A-CAES系統沒有利用化石能源，所以該系統單位質量的發電量較小。CAES系統可以通過耦合其他系統或加入其他技術如蒸汽注入技術來提高系統的輸出功率和效率。然而，耦合系統和蒸汽注入技術會增加系統的復雜性和成本，而且蒸汽注入技術仍然使用化石能源對壓縮空氣進行預熱，造成環境污染問題。

    為解決上述問題，來自華北電力大學的研究人員提出了一種新型蒸汽噴射絕熱壓縮空氣儲能（SI-ACAES）混合系統，該系統通過添加飽和器，回收并利用壓縮熱對釋放的空氣進行加濕和預熱，以增加渦輪入口工質質量流量，從而提高循環效率，提高發電量，以獲得更好的系統性能，SI-ACAES系統結構圖如圖1所示。

    其中，換熱器7的主要功能是利用余熱對進入飽和器的空氣進行加熱。換熱器8的主要功能是回收節流閥后的熱量。飽和器的主要作用是增加空氣進入渦輪前的濕度和溫度。熱力學研究結果表明，與傳統的A-CAES系統相比，SI-ACAES系統的渦輪功率提高了6.63MW，往返效率（RTE）提高了3.7%，壓縮熱利用效率（CHUE）提高了9.3%，?效率（ERTE）提高了2.1%。分析不同參數對SI-ACAES系統性能影響的結果表明，當環境溫度升高或節流閥出口壓力增大時，SI-ACAES系統的RTE、ERTE和CHUE均有所提高。當飽和器進水流量增大時，SI-ACAES的RTE和ERTE先增大后減小。當換熱器8入口空氣流量增大時，SI-ACAES系統的ERTE先增大后減小，RTE先增大后不變，CHUE先減小后不變。分析表明，ERTE隨節流閥出口壓力的增大而增大，當飽和器進水流量和換熱器8進水流量增大時，效率先增大后減小。

 

    技術領域：等溫壓縮空氣儲能

    開發單位：弗吉尼亞大學JeffreyA.Bennett

    技術突破：確定了地下參數含水層滲透率和厚度是影響系統運行的關鍵參數，近等溫熱力學循環可使O-CAES往返效率高達62%。

    應用價值：提出了一種評估利用等溫熱力學循環和含鹽含水層的O-CAES系統性能和存儲潛力的方法。

    隨著海上風力發電場日趨增多，由于風能是間歇性發電，因此需要增加電網的靈活性，選擇合適的儲能技術以可靠地滿足電力需求。雖然海上腐蝕性環境非常具有挑戰性，但空氣在入口處通過合適的過濾器，可以實現海上壓縮空氣儲能(O-CAES)，并廣泛用于石油和天然氣行業。O-CAES是一種利用含鹽含水層作為儲層，利用等溫熱力學循環注入和提取空氣的儲能方案。目前研究表明，O-CAES的等溫循環通過如噴霧噴射、鋼絲網或水泡沫等技術強化換熱，以實現近等溫壓縮和膨脹，從而提高系統往返效率。雖然在實驗室條件下已經顯示出等溫O-CAES在低壓比下的潛力，但在商業規模下的高壓比等溫O-CAES的性能仍存在不確定性。此外，等溫O-CAES采用地下含鹽含水層儲存空氣，地下性質的不確定性如水層溫度和壓力，以及地理空間異質性將對系統性能和經濟產生影響。

    為解決上述問題，來自弗吉尼亞大學的研究人員提出了一種評估利用等溫熱力學循環和含鹽含水層的O-CAES系統性能和存儲潛力的方法。該方法中考慮了地球物理參數和機械性能的不確定性，評估OCAES的往返效率，并使用結果來確定修建O-CAES系統的最佳位置和潛在的系統存儲容量。結果表明，近等溫熱力學循環可使O-CAES儲能效率高達62%，O-CAES系統可以提供8.1TWh的電力，并且存儲水深小于60m。通過對地球物理參數和機械性能的不確定性的研究表明，影響整個系統高效運行的最關鍵參數是含水層滲透率和厚度，滲透率和厚度對O-CAES系統的可行性影響如圖2所示。滲透率和厚度的一般閾值分別為10mD和10m。低于閾值的滲透率和厚度的RTE將趨向于小于10%，系統幾乎無法運行，而高于閾值的滲透率和厚度的RTE將趨向于大于50%。此外，研究表明等溫O-CAES的預估成本為61美元/千瓦時。

 

    技術領域：絕熱壓縮空氣儲能

    開發單位：西安交通大學鄧建強

    技術突破：采用噴射器改進滑動壓力壓縮的CAES系統，緩解離心式壓縮機的阻塞問題，與沒有噴射器的系統相比，系統往返效率提高了2.73%。

    應用價值：對壓縮空氣儲能的系統和工程設計具有指導意義，并提高了絕熱壓縮空氣儲能的系統性能。

    絕熱壓縮空氣儲能（A-CAES）系統中使用的離心式壓縮機在充氣過程中可采取滑壓運行策略使系統保持較高的往返效率。然而，末級壓縮機可能在低背壓下產生節流效應。此時，在儲氣罐的進口或出口安裝節流閥可以減少可變背壓或進口壓力對系統性能的影響。然而，節流閥給A-CAES系統帶來的節流損失會導致系統能效降低。于是，在充電過程中使用噴射器和滑動壓力壓縮以減少節流損失，提高系統性能。然而在目前使用的方法中，轉換器控制轉速并實現滑動壓力壓縮可能會增加成本，并存在阻塞風險，多噴射器可能會帶來提高設備成本和運行成本。

    為解決上述問題，來自西安交通大學的研究員提出了一種新的A-CAES系統，其中在較低的存儲壓力下僅使用一個噴射器，并且充電過程是在較高的存儲壓力條件下和應用恒定轉速的滑動壓力壓縮完成的，以此來提高系統性能。末級壓縮機旁的噴射器使用高壓空氣夾帶來自上級壓縮機的空氣，以恢復壓力能，并緩解在較低存儲壓力條件下滑動壓力壓縮的阻塞問題，如圖3所示。

    數值研究表明，由于使用了噴射器，滑壓壓縮的背壓變化范圍減小了39.87%，與恒壓運行的A-CAES相比，該系統的往返效率和火用效率隨卷吸比和初始儲存壓力的增加而增加。對于具有噴射器、滑壓操作和恒壓操作的三種A-CAES系統，在不同初始存儲壓力下，其最大往返效率分別達到57.94%、58.32%和55.31%。當初始儲存壓力為5.0MPa，卷吸比為0.168時，與A-CAES相比，具有噴射器的A-CAES系統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%。

 

    技術領域：絕熱壓縮空氣儲能

    開發單位：西里西亞大學JakubOchmann

    技術突破：利用采礦豎井提出了一種熱能和壓縮空氣混合存儲的結構，并應用于A-CAES系統中，往返效率達到70.44%。

    應用價值：證明了壓縮空氣儲能系統的儲能潛力和有效性。

    在壓縮空氣儲能系統中，絕熱壓縮空氣儲能（A-CAES）系統具有許多優勢，該系統的往返效率可以超過75%。然而，任何A-CAES系統的主要挑戰都是研究設計熱能存儲（TES）裝置。A-CAES系統中最常用的TES裝置設計是收集壓縮過程的壓縮熱，使高壓空氣在進入膨脹機前從TES裝置的蓄熱材料中吸收該熱量，提高膨脹機的運行效率。然而，由于TES裝置外部的大氣壓力與其內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構。地下壓縮空氣儲氣庫廣泛應用于A-CAES系統中，然而該方案需要一個地上TES儲熱罐。由于該高壓儲熱罐暴露在不斷變化的天氣條件下，因此會產生額外的成本。

    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的概念和結構，如圖4所示。在A-CAES系統的充電階段，高溫高壓空氣通過帶有內置切斷閥的入口管道進入儲氣罐，并軸向流過TES系統，與蓄熱材料進行熱交換。在A-CAES系統的放電階段，空氣流經TES系統，從蓄熱材料中吸收熱量，并通過帶有內置切斷閥的管道流向A-CAES系統的膨脹機。在該系統中，由于利用采礦豎井作為儲氣罐，位于地下，溫度恒定，因此由于溫度變化而產生的壓力波動得以消除，而且不需要建造地上TES儲罐，節省了有限的可用空間。對于包含兩級空氣壓縮機、帶有內置兩段式熱能系統的壓縮空氣儲罐和兩級空氣膨脹機的A-CAES系統的熱力學分析表明，該系統的往返效率為70.44%，壓縮空氣的最高溫度不超過310℃。儲熱罐的數值研究表明，儲熱罐的能量效率為95%。