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压缩空气与热化学复合储能系统反应器动态性能研究

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 1-11页

作者：姚尔人仲理科邹瀚森李瑞雄席光王焕然西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对压缩空气与热化学复合储能系统中,由于压缩机的波动运行而导致的反应器不稳定运行问题,通过建立热化学反应过程完备的数理模型,探究了不同工况参数对反应器内工质传热特性和甲醇裂解性能的影响规律,进而建立了反应器的运行调控策略... 详细信息

针对压缩空气与热化学复合储能系统中,由于压缩机的波动运行而导致的反应器不稳定运行问题,通过建立热化学反应过程完备的数理模型,探究了不同工况参数对反应器内工质传热特性和甲醇裂解性能的影响规律,进而建立了反应器的运行调控策略,以实现其内部热能到化学能的高效稳定转化。研究结果表明:在反应器的变工况运行过程中,反应器内反应物和空气温度在气体流动方向分别呈现升高和降低的趋势;甲醇裂解率随空气流量和反应器空气侧入口温度的增加而增加,随甲醇流量的升高而逐渐降低,反应器空气侧入口温度的扰动对甲醇裂解率的影响程度最大,而反应器内甲醇裂解率对甲醇流量扰动的响应速度最快;通过建立前馈加反馈调控策略,分别控制进入反应器和压缩机的工质流量,在压缩机85%~110%的输入功率范围内,反应器可在1000 s内实现95%的甲醇裂解率,证明了所提出调控策略的快速响应性和有效性。

关键词：压缩空气复合储能甲醇裂解动态性能调控策略

基于掺氢燃气轮机的综合能源系统热经济学性能研究

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中国电力 2024年第1期57卷 195-208页

作者：黄呈帅梁健李波杨亚欣胡杨姚尔人陕西省天然气股份有限公司陕西西安710016 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为实现燃驱天然气场站的低碳高效运行,构建了一种新型综合能源系统架构,采用蒸汽循环回收燃气轮机的余热,电能用于驱动固体氧化物电解制氢技术产生氢气,进而将氢气通入燃气轮机中实现掺氢燃烧,同时利用压缩空气储能技术将可再生能源转... 详细信息

为实现燃驱天然气场站的低碳高效运行,构建了一种新型综合能源系统架构,采用蒸汽循环回收燃气轮机的余热,电能用于驱动固体氧化物电解制氢技术产生氢气,进而将氢气通入燃气轮机中实现掺氢燃烧,同时利用压缩空气储能技术将可再生能源转化成稳定的电能输出。计算结果表明,系统在设计工况下的能量效率、(火用)效率和平准化单位能量成本分别为85.66%、41.37%和294.70元/(MW·h)。敏感性分析表明,燃气轮机压比和掺氢比例、蒸汽循环低压锅炉压力和抽汽系数、压缩空气储能技术释能功率对系统热力学性能影响显著,而燃气轮机压比和掺氢比例、蒸汽循环抽汽系数对系统经济学性能影响显著。多目标优化结果表明,系统的最优(火用)效率和平准化单位能量成本分别为42.31%和284.33元/(MW·h)。

关键词：燃驱压缩机蒸汽循环压缩空气储能技术固体氧化物电解制氢热经济学

中深层地热能同轴套管换热器储能发电系统热力学性能分析

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西安交通大学学报 2024年第1期58卷 126-137页

作者：令兰宁姚尔人孙昊李瑞雄邹瀚森王焕然席光张孙孝西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 长安大学建筑工程学院西安710061

针对地热能发电技术效率低、稳定性差的问题,提出一种兼具同轴套管取热技术和压缩空气储能技术特点的中深层地热能同轴套管换热器储能发电系统,通过建立系统的热力学模型,研究了典型工况下系统关键参数和热力学性能的演化规律,揭示了不... 详细信息

针对地热能发电技术效率低、稳定性差的问题,提出一种兼具同轴套管取热技术和压缩空气储能技术特点的中深层地热能同轴套管换热器储能发电系统,通过建立系统的热力学模型,研究了典型工况下系统关键参数和热力学性能的演化规律,揭示了不同运行特征下地热恢复与提取的动态机制。研究结果表明:储能发电系统的运行分为非稳定循环和稳定循环阶段,在非稳定循环阶段中,热提取量和膨胀机输出功随循环次数的增加而增加,而热补偿量和系统效率呈相反趋势变化;当热提取量、热补偿量和地热消耗量达到平衡时,储能发电系统从第8次循环进入稳定循环阶段,稳定循环中各参数不随循环次数改变,单次循环输出电量为47 956.7 kW·h,系统效率达到63.5%;通过提升压缩机压比和补热水流量可以提升地热恢复温度:当压缩机压比由6提升至7时,深度为1 300 m、半径为0.116 m处,岩土温度多提升4.3℃,当补热水流量由4.5 m^(3)/h提升至6 m^(3)/h,同一处岩土温度多提升6.4℃,该研究为提高地热能发电效率和稳定性提供了新方案。

关键词：地热发电稳定性地热恢复热力学性能

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先进抽水压缩空气复合储能技术

西安交通大学学报 2024年第5期58卷 1-9页

作者：王焕然席光李瑞雄姚尔人孙中国王志恒邹瀚森令兰宁贺新张宇飞西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作... 详细信息

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作为混合工作介质,利用水力机械设备和空气透平作为系统的复合做功设备,实现储能介质高效等温压缩/膨胀。相比于传统压缩空气储能技术,新型气液复合空气储能技术具有响应快、效率高、投资成本低等优点。团队通过10余年的攻关研究,完成了关键设备与储能系统的性能表征、时域特性研究、流体机械关键共性技术集中攻关、空气储能技术全寿命周期性能评估软件的研发及应用,研究成果可为气液复合压缩空气储能技术的规模化推广应用提供坚实的理论与数据支撑。

关键词：压缩空气储能技术近等温压缩抽水压缩空气复合储能技术高效运行

基于压缩空气储能与增强型地热的冷热电联产系统热力学分析

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中国电力 2023年

作者：梁健王蒙杨亚欣胡杨姚尔人陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省天然气股份有限公司西安交通大学

为提升压缩空气储能技术的能量利用率与供能灵活性，研究基于能量梯级利用原理，提出了一种耦合压缩空气储能与增强型地热技术的冷热电联产系统。通过建立系统的热力学模型，研究了关键运行参数对系统热力学性能的影响规律，并以系统?... 详细信息

为提升压缩空气储能技术的能量利用率与供能灵活性，研究基于能量梯级利用原理，提出了一种耦合压缩空气储能与增强型地热技术的冷热电联产系统。通过建立系统的热力学模型，研究了关键运行参数对系统热力学性能的影响规律，并以系统?效率和单位能量成本为目标函数，获得了系统的多目标优化解集。结果表明，膨胀机与换热器是系统高效运行的关键设备，提升这2个设备的运行效率对于系统热力学性能以及输出功量地提升作用显著，采用多目标优化方法得到的系统最优?效率为55.73%，最优单位能量成本为6378.94 元/kW，系统能量效率和相对节能率较设计工况分别提升了6.1%和10.68%。研究结果从热力学和经济学角度为系统的工程应用提供了理论依据。

关键词：压缩空气储能地热技术冷热电联产能量分析 ?分析

液体活塞近等温压缩空气储能过程热力性能评估

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西安交通大学学报 2023年第5期57卷 58-67页

作者：李瑞雄邹瀚森姚尔人陶瑞席光王焕然西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为进一步实现液体活塞在压缩空气储能过程全局热力性能的准确与快速评估,建立了基于容器尺寸(a)和喷淋参数(b)的储能过程热力性能无量纲评价模型,探究了压缩空气在近等温储能过程的热力性能变化特性,进而明确了液体活塞设备在近等温压... 详细信息

为进一步实现液体活塞在压缩空气储能过程全局热力性能的准确与快速评估,建立了基于容器尺寸(a)和喷淋参数(b)的储能过程热力性能无量纲评价模型,探究了压缩空气在近等温储能过程的热力性能变化特性,进而明确了液体活塞设备在近等温压缩空气储能系统中的重要地位。研究结果表明:无喷淋条件下,空气侧相对温度在无量纲a达到120时变化平缓,此时液体活塞可实现接近等温压缩,而较小的a会导致空气相对温度剧烈变化;喷淋条件下,近等温压缩过程主要出现在压缩过程中期,且增加无量纲b导致a对空气侧相对温度的影响逐渐弱化;液体活塞近等温压缩空气的理想运行效率可达到95%以上,而采用D155-30型号水泵驱动的液体活塞近等温压缩储能过程仅能实现66%的运行效率。

关键词：压缩空气储能近等温压缩热力学评估无量纲分析

基于掺氢燃气轮机的多能互补综合能源系统热经济学性能研究

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中国电力 2023年

作者：黄呈帅梁健李波杨亚欣胡杨姚尔人陕西省天然气股份有限公司西安交通大学

为实现燃驱天然气场站的低碳高效运行，提出通过燃气-蒸汽联合循环、压缩空气储能和固体氧化物电解制氢技术将天然气与可再生能源进行整合，构建了一种新型综合能源系统基本架构，采用蒸汽循环回收燃气轮机产生的余热，产生的电能用于... 详细信息

为实现燃驱天然气场站的低碳高效运行，提出通过燃气-蒸汽联合循环、压缩空气储能和固体氧化物电解制氢技术将天然气与可再生能源进行整合，构建了一种新型综合能源系统基本架构，采用蒸汽循环回收燃气轮机产生的余热，产生的电能用于驱动固体氧化物电解制氢技术产生氢气，进而将氢气通入燃气轮机中实现掺氢燃烧，同时利用压缩空气储能技术将可再生能源转化成稳定的电能输出，从而提升系统的能量利用率并降低系统的碳排放。计算结果表明，在典型设计工况下，系统的发电量、供热量和制冷量分别为41.16 MWh、40.62MWh和6.15MWh，而系统的能量效率、?效率和平准化单位能量成本为85.66%、41.37%和42.10$/MWh。参数敏感性分析表明燃气轮机压比、燃气轮机掺氢比例、蒸汽循环低压锅炉压力、蒸汽循环抽汽系数、压缩空气储能技术释能功率对系统热力学性能影响显著，而燃气轮机压比、燃气轮机掺氢比例和蒸汽循环抽汽系数对系统经济学性能影响显著。最后，多目标优化结果表明系统的最优?效率和平准化单位能量成本分别为42.31%和40.62 $/MWh。

关键词：燃驱压缩机蒸汽循环压缩空气储能技术固体氧化物电解制氢热经济学

压缩空气与热化学复合储能系统反应器动态性能研究

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西安交通大学学报 2023年

作者：姚尔人仲理科邹瀚森李瑞雄席光王焕然西安交通大学能源与动力工程学院

针对压缩空气与热化学复合储能系统中由于压缩机的波动运行而导致的反应器不稳定运行问题，通过建立热化学反应过程完备的数理模型，探究了不同工况参数对反应器内传热特性和甲醇裂解性能的影响规律，进而建立了反应器的运行调控策略以... 详细信息

针对压缩空气与热化学复合储能系统中由于压缩机的波动运行而导致的反应器不稳定运行问题，通过建立热化学反应过程完备的数理模型，探究了不同工况参数对反应器内传热特性和甲醇裂解性能的影响规律，进而建立了反应器的运行调控策略以实现其内部热能到化学能的高效稳定转化。研究结果表明：在反应器的变工况运行过程中，反应器内反应物和空气温度在气体流动方向分别呈现升高和降低的趋势，甲醇裂解率随空气流量和反应器空气侧入口温度的增加而增加，随甲醇流量的升高而逐渐降低，反应器空气侧入口温度的扰动对甲醇裂解率的影响幅度最大，而反应器内甲醇裂解率对甲醇流量扰动的响应速度最快；通过建立前馈加反馈调控策略以分别控制进入反应器和压缩机的工质流量，在压缩机85%～110%的输入功率范围内，反应器可在1 000秒内实现95%的甲醇裂解率，证明了所提出调控策略的快速响应性和有效性。研究结果可为系统的工程应用提供理论依据。

关键词：压缩空气储能复合储能甲醇裂解动态特性调控策略

一种新型复合压缩空气储能系统的热经济学分析

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西安交通大学学报 2023年第3期57卷 23-34页

作者：陶瑞胡肖姚尔人李瑞雄王焕然陈昊程祖田王玉赞西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 大庆黄和光储实证研究有限公司黑龙江大庆163515 河南省电力勘测设计院郑州450007 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051

为了避免压缩空气储能系统的蓄热过程中存在的问题,减少压缩热的产生及实现压缩热的高效利用,提出了一种新型复合压缩空气储能系统,建立了系统的热经济学模型,研究了系统在典型工况下的热力学和经济学性能,分析了关键参数对热力学性能... 详细信息

为了避免压缩空气储能系统的蓄热过程中存在的问题,减少压缩热的产生及实现压缩热的高效利用,提出了一种新型复合压缩空气储能系统,建立了系统的热经济学模型,研究了系统在典型工况下的热力学和经济学性能,分析了关键参数对热力学性能的影响规律,并利用遗传算法进行了多目标优化。研究结果表明:系统在典型设计工况下的电-电效率和[火用]效率分别为63.86%和58.18%,膨胀机组和压缩机组分别占总[火用]损的17.3%和15.6%,系统的平准化度电成本为1.036元/(kW·h);参数敏感性分析表明,卡琳娜循环存在最佳蒸发压力使系统的热力学性能最佳,系统效率随着水气罐进气压力、储气罐最高压力和废热水温度的提高而提高,系统的储能密度随着循环压缩次数的增大而线性增大。多目标优化结果表明,系统的最优[火用]效率和平准化度电成本分别为59.1%和0.962元/(kW·h)。研究为压缩空气储能系统的设计提出了一种新的解决方案,系统在工业废热的综合利用方面具有较好的应用前景,分析和优化的结果可为所提系统的工程应用提供理论依据。

关键词：压缩空气储能近等温压缩热经济学分析