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网】华北电力大学开展新型蒸汽喷射绝热压缩空气储能系统的热力学研究
技术领域：绝热压缩空气储能
开发单位：华北电力大学 冉鹏
文章名称：Peng Ran, Haiyang Zhang, et al. Thermodynamic analysis for a novel steam injection adiabatic compressed air energy storage hybrid system. Journal of Energy Storage, 2022.
技术突破： 新型SI-ACAES系统涡轮功率提高了6.63 MW，往返效率提高了3.7%，压缩热利用效率提高了9.3%，火用效率提高了2.1%。
应用价值： 提高ACAES系统的装机容量和产量。
压缩空气储能（CAES）系统具有响应速度快、使用寿命长、储能容量大、安全可靠等优点，因此CAES系统越来越受到研究者的重视。CAES系统主要分为绝热压缩空气储能（A-CAES）系统和非绝热压缩空气储能系统（D-CAES），虽然D-CAES系统的效率低于A-CAES系统，但由于A-CAES系统没有利用化石能源，所以该系统单位质量的发电量较小。CAES系统可以通过耦合其他系统或加入其他技术如蒸汽注入技术来提高系统的输出功率和效率。然而，耦合系统和蒸汽注入技术会增加系统的复杂性和成本，而且蒸汽注入技术仍然使用化石能源对压缩空气进行预热，造成环境污染问题。
为解决上述问题，来自华北电力大学的研究人员提出了一种新型蒸汽喷射绝热压缩空气储能（SI-ACAES）混合系统，该系统通过添加饱和器，回收并利用压缩热对释放的空气进行加湿和预热，以增加涡轮入口工质质量流量，从而提高循环效率，提高发电量，以获得更好的系统性能，SI-ACAES系统结构图如图1所示。其中，换热器7的主要功能是利用余热对进入饱和器的空气进行加热。换热器8的主要功能是回收节流阀后的热量。饱和器的主要作用是增加空气进入涡轮前的湿度和温度。热力学研究结果表明，与传统的A-CAES系统相比，SI-ACAES系统的涡轮功率提高了6.63 MW，往返效率（RTE）提高了3.7%，压缩热利用效率（CHUE）提高了9.3%，?效率（ERTE）提高了2.1%。分析不同参数对SI-ACAES系统性能影响的结果表明，当环境温度升高或节流阀出口压力增大时，SI- ACAES系统的RTE、ERTE和CHUE均有所提高。当饱和器进水流量增大时，SI-ACAES的RTE和ERTE先增大后减小。当换热器8入口空气流量增大时，SI-ACAES系统的ERTE先增大后减小，RTE先增大后不变，CHUE先减小后不变。?分析表明，ERTE随节流阀出口压力的增大而增大，当饱和器进水流量和换热器8进水流量增大时，?效率先增大后减小。（编译：高梓玉，张新敬 INESA）
美国弗吉尼亚大学开展对利用等温循环的海上含盐含水层压缩空气储能系统的储能能力的研究
技术领域：等温压缩空气储能
开发单位：弗吉尼亚大学 Jeffrey A. Bennett
文章名称： Jeffrey A. Bennett, Jeffrey P. Fitts, et al. Compressed air energy storage capacity of offshore saline aquifers using isothermal cycling. Applied Energy, 2022.
技术突破： 确定了地下参数含水层渗透率和厚度是影响系统运行的关键参数，近等温热力学循环可使O-CAES往返效率高达62%。
应用价值： 提出了一种评估利用等温热力学循环和含盐含水层的O-CAES系统性能和存储潜力的方法。
随着海上风力发电场日趋增多，由于风能是间歇性发电，因此需要增加电网的灵活性，选择合适的储能技术以可靠地满足电力需求。虽然海上腐蚀性环境非常具有挑战性，但空气在入口处通过合适的过滤器，可以实现海上压缩空气储能(O-CAES)，并广泛用于石油和天然气行业。O-CAES是一种利用含盐含水层作为储层，利用等温热力学循环注入和提取空气的储能方案。目前研究表明，O-CAES的等温循环通过如喷雾喷射、钢丝网或水泡沫等技术强化换热，以实现近等温压缩和膨胀，从而提高系统往返效率。虽然在实验室条件下已经显示出等温O-CAES在低压比下的潜力，但在商业规模下的高压比等温O-CAES的性能仍存在不确定性。此外，等温O-CAES采用地下含盐含水层储存空气，地下性质的不确定性如水层温度和压力，以及地理空间异质性将对系统性能和经济产生影响。
为解决上述问题，来自弗吉尼亚大学的研究人员提出了一种评估利用等温热力学循环和含盐含水层的O-CAES系统性能和存储潜力的方法。该方法中考虑了地球物理参数和机械性能的不确定性，评估OCAES的往返效率，并使用结果来确定修建O-CAES系统的最佳位置和潜在的系统存储容量。结果表明，近等温热力学循环可使O-CAES储能效率高达62%，O-CAES系统可以提供8.1 TWh的电力，并且存储水深小于60 m。通过对地球物理参数和机械性能的不确定性的研究表明，影响整个系统高效运行的最关键参数是含水层渗透率和厚度，渗透率和厚度对O-CAES系统的可行性影响如图2所示。渗透率和厚度的一般阈值分别为10 mD和10 m。低于阈值的渗透率和厚度的RTE将趋向于小于10%，系统几乎无法运行，而高于阈值的渗透率和厚度的RTE将趋向于大于50%。此外，研究表明等温O-CAES的预估成本为61美元/千瓦时。（编译：高梓玉，张新敬 INESA）
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技术领域：绝热压缩空气储能
开发单位：华北电力大学 冉鹏
文章名称：Peng Ran, Haiyang Zhang, et al. Thermodynamic analysis for a novel steam injection adiabatic compressed air energy storage hybrid system. Journal of Energy Storage, 2022.
技术突破： 新型SI-ACAES系统涡轮功率提高了6.63 MW，往返效率提高了3.7%，压缩热利用效率提高了9.3%，火用效率提高了2.1%。
应用价值： 提高ACAES系统的装机容量和产量。
压缩空气储能（CAES）系统具有响应速度快、使用寿命长、储能容量大、安全可靠等优点，因此CAES系统越来越受到研究者的重视。CAES系统主要分为绝热压缩空气储能（A-CAES）系统和非绝热压缩空气储能系统（D-CAES），虽然D-CAES系统的效率低于A-CAES系统，但由于A-CAES系统没有利用化石能源，所以该系统单位质量的发电量较小。CAES系统可以通过耦合其他系统或加入其他技术如蒸汽注入技术来提高系统的输出功率和效率。然而，耦合系统和蒸汽注入技术会增加系统的复杂性和成本，而且蒸汽注入技术仍然使用化石能源对压缩空气进行预热，造成环境污染问题。
为解决上述问题，来自华北电力大学的研究人员提出了一种新型蒸汽喷射绝热压缩空气储能（SI-ACAES）混合系统，该系统通过添加饱和器，回收并利用压缩热对释放的空气进行加湿和预热，以增加涡轮入口工质质量流量，从而提高循环效率，提高发电量，以获得更好的系统性能，SI-ACAES系统结构图如图1所示。其中，换热器7的主要功能是利用余热对进入饱和器的空气进行加热。换热器8的主要功能是回收节流阀后的热量。饱和器的主要作用是增加空气进入涡轮前的湿度和温度。热力学研究结果表明，与传统的A-CAES系统相比，SI-ACAES系统的涡轮功率提高了6.63 MW，往返效率（RTE）提高了3.7%，压缩热利用效率（CHUE）提高了9.3%，?效率（ERTE）提高了2.1%。分析不同参数对SI-ACAES系统性能影响的结果表明，当环境温度升高或节流阀出口压力增大时，SI- ACAES系统的RTE、ERTE和CHUE均有所提高。当饱和器进水流量增大时，SI-ACAES的RTE和ERTE先增大后减小。当换热器8入口空气流量增大时，SI-ACAES系统的ERTE先增大后减小，RTE先增大后不变，CHUE先减小后不变。?分析表明，ERTE随节流阀出口压力的增大而增大，当饱和器进水流量和换热器8进水流量增大时，?效率先增大后减小。（编译：高梓玉，张新敬 INESA）
美国弗吉尼亚大学开展对利用等温循环的海上含盐含水层压缩空气储能系统的储能能力的研究
技术领域：等温压缩空气储能
开发单位：弗吉尼亚大学 Jeffrey A. Bennett
文章名称： Jeffrey A. Bennett, Jeffrey P. Fitts, et al. Compressed air energy storage capacity of offshore saline aquifers using isothermal cycling. Applied Energy, 2022.
技术突破： 确定了地下参数含水层渗透率和厚度是影响系统运行的关键参数，近等温热力学循环可使O-CAES往返效率高达62%。
应用价值： 提出了一种评估利用等温热力学循环和含盐含水层的O-CAES系统性能和存储潜力的方法。
随着海上风力发电场日趋增多，由于风能是间歇性发电，因此需要增加电网的灵活性，选择合适的储能技术以可靠地满足电力需求。虽然海上腐蚀性环境非常具有挑战性，但空气在入口处通过合适的过滤器，可以实现海上压缩空气储能(O-CAES)，并广泛用于石油和天然气行业。O-CAES是一种利用含盐含水层作为储层，利用等温热力学循环注入和提取空气的储能方案。目前研究表明，O-CAES的等温循环通过如喷雾喷射、钢丝网或水泡沫等技术强化换热，以实现近等温压缩和膨胀，从而提高系统往返效率。虽然在实验室条件下已经显示出等温O-CAES在低压比下的潜力，但在商业规模下的高压比等温O-CAES的性能仍存在不确定性。此外，等温O-CAES采用地下含盐含水层储存空气，地下性质的不确定性如水层温度和压力，以及地理空间异质性将对系统性能和经济产生影响。
为解决上述问题，来自弗吉尼亚大学的研究人员提出了一种评估利用等温热力学循环和含盐含水层的O-CAES系统性能和存储潜力的方法。该方法中考虑了地球物理参数和机械性能的不确定性，评估OCAES的往返效率，并使用结果来确定修建O-CAES系统的最佳位置和潜在的系统存储容量。结果表明，近等温热力学循环可使O-CAES储能效率高达62%，O-CAES系统可以提供8.1 TWh的电力，并且存储水深小于60 m。通过对地球物理参数和机械性能的不确定性的研究表明，影响整个系统高效运行的最关键参数是含水层渗透率和厚度，渗透率和厚度对O-CAES系统的可行性影响如图2所示。渗透率和厚度的一般阈值分别为10 mD和10 m。低于阈值的渗透率和厚度的RTE将趋向于小于10%，系统几乎无法运行，而高于阈值的渗透率和厚度的RTE将趋向于大于50%。此外，研究表明等温O-CAES的预估成本为61美元/千瓦时。（编译：高梓玉，张新敬 INESA）
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