具有级联热存储的太阳能辅助高温绝热压缩空气储能系统的气动热力学与技术经济优化

《Energy for Sustainable Development》：Thermodynamic and techno-economic optimization of a solar-assisted high-temperature adiabatic compressed air energy storage system with cascaded thermal storage

　　

• •
  本文提出了一种新型的HTA-CAES系统，该系统采用了级联热储存装置以及太阳能辅助预热技术。
• •
  级联热储存装置有助于优化压缩过程与加热过程的匹配度。
• •
  太阳能预热使得系统的RTE从71.71%提升到了72.27%。
• •
  通过优化各参数的比例，系统的往返效率进一步提升至74.24%。
• •
  多目标优化后，系统的RTE为74.26%，每千瓦CPK的成本为788.44美元。

章节要点

术语表

缩写	名称	单位
?x (Ex)	有效能流量	MW
h	焓值	kJ/kg
HRE	热量回收效率	%
TEE	总有效能效率	%
ESD	能量存储密度	kWh/m3
t	时间	h
RTE	往返效率	%
T	温度	K
Q	热量	GJ
P	压力	kPa
$P_A$	CAES系统的输出功率	kW
$Q_s$	输入到PT-CAES系统的太阳能热量	kWh
HTA-CAES	高温绝热压缩空气储能技术
HTF	传热流体

系统描述与建模

所提出的这种太阳能辅助的高温绝热压缩空气储能系统结合了级联热储存技术，其结构包括多级空气压缩、级联压缩热回收、压缩空气存储、太阳能辅助预热以及多级膨胀过程。文中介绍了该系统的配置、各组成部件的模型、热储存策略以及模型验证方法，为后续的热力学分析及技术经济性分析提供了基础。

系统性能评估

基于初步分析以及现有文献中的相关数据，本文确定了所提系统的基准模拟条件，具体内容见表4和表5。在这些条件下，对集成有级联废热回收装置和热储存子系统的HTA-CAES系统进行了模拟分析。

系统在设计条件下的性能指标如表10所示。分析结果表明，所提出的CAES系统

结论

本研究提出了一种高温绝热压缩空气储能系统，该系统还整合了级联熔盐热储存装置以及太阳能辅助预热功能。为此，研究人员建立了完整的系统模型，用于开展热力学分析、技术经济性分析、参数研究以及优化工作。主要结论如下：

• (1)
  采用大规模HTA-CAES架构，并结合级联熔盐热储存装置以及对高压空气的太阳能预热处理，可显著提升系统的性能。

作者贡献说明

张志岩：负责原始稿件的撰写、结果验证、相关研究工作、正式分析以及数据整理。严婷：负责稿件审阅与编辑、原始稿件撰写、资源协调、研究方法设计、正式分析、数据整理以及概念构思工作。潘卫国：负责稿件审阅与编辑、项目监督、项目管理工作以及资金申请。王立伟：负责稿件审阅与编辑以及相关研究工作。

利益冲突声明

所有作者均声明，不存在任何可能影响本研究结果的财务利益关联或个人关系。

致谢

本项研究得到了中国国家自然科学基金的资助（项目编号：52506018）。

Zhi-Yan Zhang|Ting Yan|Wei-Guo Pan|Li-Wei Wang