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储能密度可达107.6 kWh/m³!中科院工热所提出新型热泵液态空气储能系统

日期:2023-01-27    来源:CHPlaza

国际储能网

2023
01/27
11:22
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关键词: 液态空气储能 储能系统 液态空气系统

在热泵储电系统与液态空气储能系统中,均需要蓄冷装置存储低温冷能。由于蓄冷工质在低温下的比热容通常较小,因此其在总存储体积中占比较大,增加了储罐成本,降低了系统储能密度。

在储能时,热泵储电系统消耗电能产生热能与冷能并将其存储,而液态空气储能系统需要吸收冷能冷却高压空气。

释能时,热泵储电系统消耗热能与冷能发电,而液态空气储能系统可以从液态空气的气化中实现冷能再生。

因此两系统在储释能阶段对冷能的供应与需求是同步且互补的。另外布雷顿式热泵储电系统中冷端温度可达100K左右,能有效地对液态空气系统预冷,提升空气液化率。因此两系统在冷能上存在“时空互补、温度对应”特性。

利用上述特性,来自中科院工热所的研究人员提出了新型热泵液态空气储能(PTLAES)系统,系统如图所示。

▲基线热泵液态空气储能系统示意图

在储能过程中,空气被压缩至高温高压,将热能存储在储热罐中,并吸收热泵储电子系统产生的冷能,进而膨胀,部分液化。其中饱和空气节流进一步降温,通过换热器回收其冷能。

而热泵储电子系统中膨胀机出口工质的冷能被高压空气吸收,进一步压缩至高温高压,将热能存储在储热罐中,并膨胀回收压力能,完成循环。整个系统消耗电能,转换为高温热能与液态空气合并储存。

在释能过程中,热力循环反向运行,利用存储的液态空气与高温热能发电。通过多股流换热器将两系统耦合,消除了两者原有的蓄冷装置。对基线PTLAES系统、预冷PTLAES系统与多级PTLAES系统进行热力学建模分析。结果表明:

(1)高储能压力下PTLAES系统效率较高,优化释能压力可使效率达到58.7%。

(2)通过将热泵储电子系统预冷至-130℃,可使预冷PTLAES系统的效率达到63.8%。

(3)液态空气子系统两级压缩+热泵储电子系统单级压缩的多级PTLAES系统比其他多级PTLAES系统效率更高,可达59.1%。

(4)采用玄武岩作为储热材料,系统储能密度达到107.6 kWh/m³,是液态空气储能系统的1.3-2倍,是布雷顿式热泵储电系统的2-5倍。


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