液化空气储能与发电一体化系统的性能分析

发布时间：2022-04-17 17:54

　　运用热力学理论建立液化空气储能阶段和释能发电阶段的数学模型,采用循环效率和液化率作为评价指标探讨压缩机组出口压力p₄、低温泵出口压力、换热器效能、空气节流前温度和空气节流前压力对液化空气储能与发电一体化系统性能的影响规律。结果表明:提高低温泵出口压力与换热器效能,能显著增大系统循环效率;提高压缩机组出口压力p₄,压缩机比耗功与膨胀机比输出功均增大,而系统循环效率有所降低;空气节流前压力越大、温度越低,节流后的液化率越大,循环效率越高。理论分析模型和研究结果可为液化空气储能与发电一体化系统的发展提供参考。 

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【部分图文】：

液化空气储能与发电一体化系统结构示意图

当压缩机额定效率、换热器效能等条件相同时，压缩机的耗功与压缩级数和压缩方式有关。理论上，等温压缩过程耗功最小，绝热压缩过程耗功最大。因此，如将压缩级数增多到无数级，各级压缩机之间配级间冷却器，则可趋近等温压缩。实际上，分级不宜太多，否则机构复杂、机械摩擦和流动阻力等不可逆损失亦将随之增大。由热力学理论可知，对于多级压缩过程，各级压缩机之间采用等压比分配，耗功最小。通过以上分析，本文采用双级压缩、中间冷却的压缩方式。图2所示为压缩机组出口压力p4对比耗功、比输出功和循环效率的影响曲线。由图2可看出，随着压缩机组出口压力p4逐渐增大，压缩机的比耗功大幅升高，膨胀机的比输出功也逐渐升高，但相对于比耗功的升高幅度，比输出功的升高幅度较为缓慢；系统循环效率降低，但降低幅度逐渐减小。

低温泵是将液态空气从低温储罐引出并加压后送入气化换热器进行气化的一种特殊泵。本文忽略空气在换热器与管道中的压力损失，则低温泵出口压力即为膨胀机进口压力。在空气流量等其他条件基本恒定的情况下，决定膨胀机输出功的基本参数主要是膨胀机进口空气压力与温度。通过以上分析可知，为尽可能增加膨胀机的输出功，应尽量提高膨胀机进口做功空气的压力与温度。根据热力学基本理论，对于多级膨胀过程，膨胀机在等膨胀比分配下做功最多。因此，本文采用双级膨胀、中间再热的膨胀方式，使用级间再热器加热下一级膨胀机进口空气温度，以提高膨胀机做功效率。不同低温泵出口压力下，系统比输出功与循环效率变化情况如图3所示。由图3可看出，随着低温泵出口压力增大，系统的循环效率和比输出功均逐渐升高，但其升高的幅度减小。当低温泵出口压力由2 MPa提高至5 MPa的过程中，循环效率由36%增加至44%，比输出功由345 kJ/kg增加至425 kJ/kg，幅度较大。因此，从理论上分析，低温泵的出口压力无限增大，有利于提高系统的循环效率，但实际上，考虑到压力过高对设备的危害等因素，低温泵出口压力不宜过高。

【参考文献】：
期刊论文
[1]风光互补的压缩空气储能与发电一体化系统特性分析[J]. 徐玉杰,陈海生,刘佳,谭春青.  中国电机工程学报. 2012(20)
[2]新型液化空气储能技术及其在风电领域的应用[J]. 刘佳,夏红德,陈海生,谭春青,徐玉杰.  工程热物理学报. 2010(12)



本文编号：3646045