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压缩空气储能地下储气库热力学改进模型研究蒋中明;廖峻慧;肖喆臻;杨江寅;黄湘宜【期刊名称】《长沙理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2024(21)2【摘要】【目的】明晰地下储气库的热力学过程是压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)电站安全设计与运行调度的重要基础。
【方法】现有地下储气库热力学模型在计算热量交换时,存在高压储气阶段热损失偏大和低压储气库阶段补热过多的不足。
本文在全面分析地下储气库热力学模型理论基础合理性的前提下,先分析储气库热量计算偏差的形成根源;再提出改进模型。
【结果】研究结果表明:现有的热力学计算解析模型忽略了CAES地下储气库在运行过程中温度分布的不均匀性,这种温度分布的不均匀导致储气室洞壁与压缩空气之间的对流换热模型失真,导致温度计算结果偏差大。
考虑混合对流换热的改进模型二可以较好地解决储气阶段温度计算结果与真实结果之间偏差过大的问题。
算例分析证明了改进模型二的合理性。
【结论】本文的改进模型二可为CAES地下储气库容积优化设计与效率分析提供计算依据。
【总页数】10页(P32-41)【作者】蒋中明;廖峻慧;肖喆臻;杨江寅;黄湘宜【作者单位】长沙理工大学水利与环境工程学院;水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TK82【相关文献】1.压气储能电站地下储气库之压缩空气热力学过程分析2.压缩空气储能盐穴储气库注采全过程热力学特性分析3.压气储能地下储气库压缩湿空气热力学模型4.全球储能规模最大的地下人工硐库压缩空气储能电站通过可行性研究审查5.水电洞室压缩空气储能地下储气库可行性分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
气水耦合压缩空气储能气水耦合压缩空气储能（Gas-Water Coupled Compressed Air Energy Storage，GW气水耦合压缩空气储能（Gas-Water Coupled Compressed Air Energy Storage，GWCAES）是一种新兴的大规模储能技术，它将空气压缩储能与水蓄能相结合，以提高储能系统的效率和可靠性。
这种技术具有广泛的应用前景，可以应用于电力系统、热电联产、可再生能源等领域。
气水耦合压缩空气储能系统的基本原理如下：1. 压缩空气储能：在电力需求较低的时候，利用多余的电能将空气压缩储存在一个密封的容器中。
当电力需求增加时，将压缩的空气释放出来，通过膨胀机驱动发电机发电。
压缩空气储能具有成本低、寿命长、环保等优点，但其能量密度较低，需要较大的储气容器。
2. 水蓄能：在电力需求较低的时候，利用多余的电能将水从低处抽到高处的水库中储存。
当电力需求增加时，将储存的水释放到下游的发电机组中，通过水轮机驱动发电机发电。
水蓄能具有能量密度高、成本低、寿命长等优点，但其响应速度较慢，对地形条件有一定要求。
气水耦合压缩空气储能系统将压缩空气储能与水蓄能相结合，充分发挥两者的优点，提高储能系统的整体性能。
具体实现方式如下：1. 分级存储：将压缩空气储能与水蓄能分为两个层次进行存储。
在电力需求较低的时候，首先利用压缩空气储能进行存储；当压缩空气储能达到一定容量后，再利用水蓄能进行存储。
这样可以充分利用两种储能方式的优势，提高储能系统的效率。
2. 互补运行：在电力需求较高的时候，同时利用压缩空气储能和水蓄能进行发电。
压缩空气储能具有较高的响应速度，可以快速调节电力供应；而水蓄能具有较高的能量密度，可以提供稳定的电力输出。
通过互补运行，可以提高储能系统的可靠性和稳定性。
3. 能量回收：在压缩空气储能和水蓄能的过程中，会产生一定的废热。
通过回收这些废热，可以提高储能系统的能量利用率。
基于盐穴的压缩空气储能充放气过程仿真研究目录一、内容综述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容与方法 (5)二、盐穴压缩空气储能基本原理 (6)2.1 盐穴概述 (8)2.2 压缩空气储能技术原理 (8)2.3 盐穴在压缩空气储能中的应用优势 (9)三、仿真模型建立 (10)3.1 仿真模型构建原则 (11)3.2 建模所需主要参数及来源 (13)3.3 仿真模型的数学描述 (14)四、仿真结果分析 (15)4.1 不同工况下的仿真结果 (16)4.2 结果分析 (17)4.3 敏感性分析 (18)五、结论与展望 (19)5.1 研究成果总结 (20)5.2 存在问题与不足 (21)5.3 后续研究方向展望 (22)一、内容综述随着可再生能源的大规模接入和电网调峰需求的日益增长，压缩空气储能（CAES）作为一种高效、环保的储能技术受到了广泛关注。
特别是盐穴作为储气库的潜力日益凸显，基于盐穴的压缩空气储能充放气过程仿真研究成为了能源领域的研究热点。
在压缩空气储能系统中，空气压缩、储气与释放是一个涉及空气动力学、热力学和材料科学的复杂过程。
盐穴作为储气库，其独特的地质特性对系统的充放气过程有着重要影响。
通过对盐穴的深入研究和合理利用，可以显著提高压缩空气储能系统的效率和安全性。
针对基于盐穴的压缩空气储能充放气过程的研究已经取得了一定的成果。
由于盐穴的复杂性和多变性，以及实际运行中诸多不确定因素的存在，使得仿真研究仍面临诸多挑战。
如何准确模拟盐穴的地质结构和力学特性，如何考虑空气压缩过程中的温度变化和压力波动，如何评估系统在不同工况下的性能和稳定性等。
本文旨在通过深入的理论分析和仿真实验，探讨基于盐穴的压缩空气储能充放气过程的基本原理和关键技术。
将详细阐述压缩空气储能的基本原理和盐穴作为储气库的优势；其次，将通过建立数学模型和仿真模型，系统分析空气压缩、储气与释放过程中的热力学和力学特性；将结合实际运行数据，对仿真结果进行验证和分析，为优化设计基于盐穴的压缩空气储能系统提供理论支持和技术指导。
压缩空气储能地下盐穴储气库设计规程一、前言1.1 目的本规程旨在规范地下盐穴储气库设计过程，保证其安全、稳定、高效运行，促进储气库技术的发展和应用。
1.2 适用范围本规程适用于压缩空气储能地下盐穴储气库的设计，包括项目前期选址、工程勘察、储气库结构设计、设备选型等方面。
二、地下盐穴储气库选址2.1 地质条件（1）地下盐穴储气库选址应优先选择盐层地质条件良好的地区，避免地质灾害风险。
（2）地下盐穴储气库选址应考虑地质构造、地下水情况、地下盐层厚度和盐层完整性等因素。
2.2 环境影响评价进行地下盐穴储气库选址时应进行环境影响评价，评估项目对周边环境的影响并作出合理的环境保护措施。
三、地下盐穴储气库工程勘察3.1 盐层勘探进行盐层勘探，获取盐层地下结构、盐层岩石力学性质、地下水情况等数据，为后续设计提供可靠的依据。
3.2 开挖条件评估评估地下盐穴开挖对地下水、地表环境、地质构造等方面的影响，根据评估结果确定开挖方案。
四、地下盐穴储气库结构设计4.1 地下盐穴布置根据盐层勘探数据，合理布置地下盐穴储气库结构，确保储气库的容量和稳定性。
4.2 盐穴支护设计进行盐穴支护设计，选择合适的支护材料和支护结构，确保盐穴的稳定性和安全性。
4.3 出入口设计设计出入口结构，确保运输设备和人员能够顺利进出盐穴，同时考虑防爆、防火等安全因素。
五、设备选型5.1 压缩机选择合适的压缩机设备，考虑储气库的容量和运行需求，确保压缩机具有稳定、高效的运行性能。
5.2 储气容器选择具有高强度、耐腐蚀的储气容器，确保储气过程安全可靠。
5.3 排放装置设计合理的排放装置，确保盐穴内的压缩空气排放安全、高效。
六、安全保障措施6.1 防火防爆措施在地下盐穴储气库设计中应设置完善的防火防爆设施，确保储气库的安全运行。
6.2 监测系统建立完善的监测系统，对地下盐穴储气库的运行情况进行实时监测，并制定相应的预警和应急措施。
七、结论地下盐穴储气库设计规程的制定和执行，对于推动地下盐穴储气库技术的发展和应用具有重要意义。
地下压缩空气储气库储气技术的研究在当今社会，随着工业化的飞速发展和城市化的日益加剧，能源问题越来越受到重视。
尤其是可再生能源及其储存技术的研究成为了全球研究的焦点之一。
其中，地下压缩空气储气库储气技术因其高效、安全、环保等优势，已成为一种重要的储气技术。
一、地下压缩空气储气库的概念及特点地下压缩空气储气库指的是利用天然地下洞穴、盐穴或深层岩石孔隙等地下空间进行储藏、压缩空气的储气系统。
其特点主要包括以下几点：1.工艺简单：地下压缩空气储气库的建设比较简单，只需要选址、开挖和安装一定的设备即可。
2.容量大：根据地下地质条件和储气对象的需求，储气库的容量可以自由调节，可以储存大量的压缩空气。
3.高效节能：压缩机在制气过程中产生的废热可以回收利用，节能效益显著。
4.稳定性高：储气库储藏空气在压缩、释放过程中不会对环境造成影响，储气库操作安全可靠。
二、地下储气技术发展历程地下压缩空气储气库储气技术的发展历程可以追溯到19世纪末期，当时以美国为代表的国家开始提出并实施该技术。
20世纪60年代，在欧洲和北美地区建成了一批储气库，开始应用于笼统的储能领域。
从此以后，随着科学技术的不断提高和人们对能源的不断需求，地下储气技术不断发展，成为了一项应用广泛的技术。
近年来，随着可再生能源技术的快速发展，能源储存需求不断增长，地下压缩空气储气库的应用范围也不断扩大。
据统计，目前全球已建成的地下压缩空气储气库近30个。
三、地下储气技术应用领域1.电力系统备用余量能源：压缩空气储气库作为电网调峰的一种备用余量能源，可满足大规模的电力需求。
2. 汽车行业储气技术：随着车用氢、电动车的应用，压缩空气储气库可作为储氢和储电的一项重要技术储备。
3.工业应用：物流、工业动力、加气站等领域中，压缩空气储备能力可以补充燃气资源，实现企业能源互补、共享及能源安全应对的目的。
四、地下储气技术存在的问题与风险地下压缩空气储气库储气技术虽然应用广泛，但仍然存在一些问题与风险。
压缩空气储能技术（CAES）是一种高效的能源储存和调峰技术，被广泛应用于电力系统中。
金坛盐穴位于我国江苏省，因其地下盐层地质条件独特，成为了全球最大的地下空气储能项目之一。
盐穴地下空间具有稳定的温度和压力环境，为压缩空气储能提供了理想的场地条件。
一项成功的压缩空气储能项目需要满足许多技术和经济条件，其中最低压力是其关键之一。
一、压缩空气储能概述压缩空气储能是一种将电力转化为压缩空气并储存在地下洞穴或地下储气库中，然后在需要时释放压缩空气并通过涡轮发电机转化为电力的技术。
这种技术可以在电网需求高峰时段释放储存的压缩空气以平衡电力系统的负荷，具有较高的调峰能力和储能效率。
二、金坛盐穴地下空气储能项目金坛盐穴地下空气储能项目位于我国江苏省金坛市，是全球最大的地下空气储能项目之一。
该项目利用盐穴地下空间进行压缩空气储存和释放，以应对电力系统的负荷波动和能源储存需求。
盐穴地下空间具有优越的地质条件和稳定的温度和压力环境，为压缩空气储能提供了理想的场地条件。
三、最低压力对压缩空气储能的重要性最低压力是指压缩空气储能系统中允许的最低压缩空气压力值。
在实际运行中，由于压缩空气在储存和释放过程中会出现压力损失，因此最低压力是保证系统正常运行和提高能量利用率的关键因素。
降低最低压力能够提高储能效率和减少系统能量损失，是压缩空气储能技术的重要技术指标之一。
四、金坛盐穴地下空气储能项目的最低压力设计金坛盐穴地下空气储能项目采用了先进的储能设备和技术，通过优化设计和运行参数，降低了系统的最低压力。
项目利用地下盐穴空间进行压缩空气储存和释放，在储气过程中采用了先进的密封技术和压气机设备，有效降低了压力损失和系统能量损失。
项目还采用了智能控制和运行管理技术，提高了系统的运行效率和稳定性。
五、金坛盐穴地下空气储能项目的经济和环保效益金坛盐穴地下空气储能项目的建设和运行对促进电力系统的清洁能源消纳和提高电力系统的调峰能力具有重要意义。
地下含水层储能技术的现状与探讨摘要：近年来，随着新能源技术的发展，在实际工程中，冷热源及空调系统方案的设置也越来越受到重视。
因此，暖通工程设计人员也需要了解更多、更全面的能源利用方案，并结合工程实际情况，制定合理的设计方案。
通过学习，并结合工程实例，笔者在本文中论述了含水层储能的基本原理和分类，提出了含水层储能技术的关键问题，在此基础上展望了含水层储能的未来，希望能为后续进行含水层储能应用研究及相关的地下水源热泵研究提供参考。
关键词：地下含水层含水层储能关键问题1 前言含水层储能（Aquifer Thermal Energy Storage, ATES）是一种非传统的节能的供热供冷工艺，它是利用地下岩层的孔隙、裂隙、溶洞等储水构造以及地下水在含水层中流速慢和水温变化小的特点，用管井回灌的方法，将大气环境中冬季丰富的“冷”或夏季廉价的“热”季节性地储存在地下含水层中。
由于灌入含水层的冷水或热水有压力（水头差），推挤了原来的地下水而储存在井周围含水层里。
随着灌入水量的增加，灌入的冷水或热水不断地向四周运移，从而形成了“地下冷水库”或“地下热水库”。
当生产需要时再抽取使用，在冷、热不是同时需要的场所实现供冷、供热。
这种利用地下水含水层储存冷水或热水的技术方法称为地下含水层储能。
利用地下含水层的储能系统目前常见的有地坑式、井式和垂直插管式储能系统[1][2][3]。
（1）对于地坑式，目前有部分绝热的和完全绝热的蓄能系统。
工程上通常往地坑里填充砾石、沙/水等混合物作为蓄能媒体，来模拟自然含水层，在砾石和沙为主要成分的地区，这种方式值得考虑。
在储水装置内部填充了砂石和水。
由于人工的储能装置其容积会很大，造价高，技术也复杂，所以直接使用地下含水层与地下水作为长时间储热（冷）的手段和热媒的井式储能系统就有不可比拟的优点。
（2）井式的储能系统，包括单井式（mono-well）和双井式（double-well）储能系统。
盐穴压缩空气储能排卤井施工技术盐穴压缩空气储能排卤井施工技术，说起来可能让你有点懵，啥意思？这不就跟我们日常说的“打井”差不多吗？不过，咱们今天讲的“打井”可不简单，是个能给我们带来大能源的小秘密。
简单来说，盐穴压缩空气储能就是把空气压缩起来，存储在地下盐穴里，等需要时再“放出来”发电，虽然有点“天马行空”的感觉，但其实这项技术的原理并不复杂，关键就在一个“排卤井”。
排卤井的施工，那可是技术活，搞不好可就全盘皆输。
说到排卤井的施工，首先得说说它的“背景”，因为这背后可有不少的学问。
盐穴呢，大家应该听说过，地下有一些大盐层，可以容纳大量的空气。
我们通过打孔、挖井的方式，把压缩空气存进去，然后通过调节压力，让空气冲出来发电。
这听起来是不是很像“藏东西”——先存进去，等用时拿出来？排卤井，顾名思义，就是专门为了把盐穴中的盐水排出去。
你想啊，地下的盐水就像是“腻味”的东西，存储空气的时候不能让它留在里头。
要想搞清楚怎么排卤井，得先搞明白盐穴的构造。
盐层有时候像是“海绵”，里面空空的，外面却很坚固，要把井打进去，那可得小心翼翼，防止“漏气”。
一旦井里漏了气，原本储存的空气可就白打了。
那怎么搞呢？首先得确保井的密封性，那可真不是小事儿。
咱们要想的是“滴水不漏”，空气如果没办法稳稳地存进去，那就啥都白搭了。
好，咱们接着说施工的细节。
排卤井的施工，像是在地下做精细活。
想象一下，打井就像是给地下开个“天窗”，而这“天窗”必须保证不漏水、不漏气。
这活儿就得有点“绣花”的感觉，点滴不漏。
要先进行地质勘查，看看地下盐层是不是“靠谱”。
有的盐层很厚，可以存储大量空气；有的则比较薄，可能不太适合。
就像你去买家具，得看木材质量一样，盐层也得挑“好材料”。
如果不对劲，那井打得再深也是空谈。
一旦勘查完成，就得开始施工了。
一般来说，施工的设备像是大钻头一样，钻进地下几百米。
你想啊，钻得深不说，还得稳，这钻头的“性格”可得有点“硬”，不然一打就歪，搞得你满手汗水。
盐穴压缩空气储能
盐穴是指地下储存盐层中的空腔或空洞，可以用于储存压缩空气能量。
其原理是将压缩空气通过管道输送到盐穴中，利用盐穴的封闭空间来储存高压空气，以供后续使用。
盐穴储能技术具有以下优势：
1. 高能量密度：盐穴具有较高的空间容量，能够实现大规模压缩空气储能，提高能量密度。
2. 高效能量转换：储存的压缩空气能够通过逆过程释放，并通过发电机将机械能转化为电能，具有高效能量转换率。
3. 长期稳定性：盐穴储能系统可以长期稳定地储存和释放能量，具有较高的储能效率和可靠性。
4. 环保清洁：储存和释放过程中不排放污染物和温室气体，具有环保清洁特性。
然而，盐穴储能技术也存在一些挑战和限制：
1. 存在地质条件限制：盐穴的形成需要特定的地质条件，如盐层的存在和空洞或空腔的形成，地质条件限制了该技术的应用范围。
2. 建设成本较高：盐穴储能系统的建设成本较高，包括盐穴的勘探和开采、输送管道的建设等。
3. 透气问题：盐层中的气体可能会逸出，导致能量损失和系统效率下降。
尽管存在一些挑战，盐穴储能技术在能源储存领域有着广阔的应用前景，可以为能源转型和可持续发展提供可靠的能源供应和储存方案。
