基于压缩空气与热化学储能耦合系统的变工况性能优化及运行策略研究

针对可再生能源波动性导致的储能系统效率下降问题，研究人员创新性地将压缩空气储能(CAES)与热化学储能(TCES)耦合，建立了包含能量/?模型的变工况分析体系。研究发现，滑动压力模式下系统?效率最高提升2.19%，揭示了负载水平与环境温度对储能密度、充放电时间的非线性影响，为高波动场景下的储能系统优化提供了理论支撑。

　　

随着可再生能源在能源系统中的占比持续攀升，其固有的间歇性和波动性成为制约电网稳定的关键瓶颈。压缩空气储能(CAES)虽能实现大规模能量时移，但传统系统面临储能密度低、热损失大等挑战。尤其在高比例可再生能源场景下，储能系统频繁运行于变负荷和变环境温度的"非设计工况"，导致实际效率远低于设计值。西安交通大学的研究团队独辟蹊径，将热化学储能(TCES)的高密度特性与CAES结合，构建了新型热电联产系统，相关成果发表于《Journal of Energy Storage》。

研究团队采用多尺度建模方法，整合了涡轮机械的初步设计参数、热交换器的传热方程以及甲醇分解反应器(MDR)的动力学模型。通过建立能量-?耦合分析框架，系统评估了负载水平(60%-100%)和环境温度(15-35°C)对充放电过程的动态影响，并创新性对比了恒定压力与滑动压力两种运行策略。

系统配置与描述
系统核心由四大单元构成：CAES单元包含多级空气压缩机(AC)和膨胀机组；热化学回收单元通过甲醇分解反应(MDR)将压缩热转化为化学能；储能单元采用分级储气罐(AST)和合成气储罐(SST)；热力循环单元则通过有机朗肯循环(ORC)实现余热发电。这种架构首次实现了压缩热"温度对口、梯级利用"，使低温段(<400°C)热量的?效率提升37%。

结果与讨论
研究发现：(1)储气罐压力随负载呈抛物线变化，在85%负载时达到峰值8.7MPa，而环境温度每升高10°C会导致储气质量减少12.3%；(2)滑动压力模式下，放电时间比恒定压力模式延长15%，?效率最高提升2.19个百分点；(3)甲醇分解反应将低品位压缩热的能量密度提升至传统AA-CAES的2.4倍；(4)系统在25°C环境温度下呈现最佳综合性能，此时能量效率达68.7%。

结论与展望
该研究首次揭示了CAES-TCES耦合系统在变工况下的非线性响应规律，提出的滑动压力控制策略可将?损降低19.8%。特别值得注意的是，甲醇分解反应成功将400°C以下废热的能量品位提升至燃气轮机入口温度水平，这一突破为中低温热化学储能提供了新思路。未来研究可进一步优化反应器与涡轮机械的动态匹配，推动该技术向商业化应用迈进。