热电储能技术及二氧化碳在其中的应用
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储能各技术路线的适用场景储能技术有多种路线,它们在不同的应用场景中具有各自的优势和特点。
以下是一些常见的储能技术路线及其适用场景:锂离子电池:* 适用场景:移动设备、电动汽车、家用电池储能系统、小规模的分布式能源储存。
钠离子电池:* 适用场景:大规模储能系统、电网支持,特别是在电力系统中实现长时间的储能需求。
流电池技术(如钛酸锂流池、溴铋流池):* 适用场景:需要频繁的充放电循环、长寿命和高效能的应用,如工业用途和电网储能。
超级电容器:* 适用场景:需要高功率密度、快速充放电、短周期寿命的应用,如电动汽车、公交车、电网调频等。
压缩空气储能(CAES):* 适用场景:大规模的电力系统储能,尤其是在需要长时间储能的情况下,如峰值负荷调节、电力系统备用。
抽水蓄能(Pumped Hydro Storage):* 适用场景:大规模储能,特别是在水资源丰富的地区。
用于电力系统的峰谷调节、备用电源。
热储能(熔融盐、热电、水蒸气储热):* 适用场景:大规模储能系统,适用于需要长时间储能和高效能转化的场景,如太阳能热发电、季节性储能等。
动力电池二次利用:* 适用场景:用于废旧电动汽车电池的再利用,转化为储能设备,延长其使用寿命。
新型储能技术(如固态电池、金属空气电池):* 适用场景:目前仍在研发阶段,但可能在未来成为电池技术的新方向,具有高能量密度和安全性,适用于多种场景。
总体而言,不同的储能技术在容量、功率、循环寿命、成本等方面有所不同,选择合适的技术取决于具体的应用需求和经济可行性。
未来随着技术的发展,储能技术将继续演进,更多新型技术可能出现并适用于不同的场景。
储能技术及应用前景储能技术及应用前景随着世界能源需求的不断增长,各国纷纷加大对于清洁能源技术的研究和开发力度。
尤其是新能源电力系统的发展,能源储备和调节需求日益显著。
而储能技术应运而生,在新能源领域中扮演极其重要的角色。
本文就储能技术及其应用前景进行探讨。
储能技术的种类储能技术可以分为以下几种:1.机械储能技术:这主要包括压缩空气储能、机械电池、水力储能等。
2.电化学储能技术:目前应用比较多的电化学储能技术就是蓄电池,包括铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、锌锰干电池、纳米石墨蓄电池、锂离子蓄电池等。
3.热储能技术:热电联产是一种尚未被很好利用的储热技术,目前主要应用在太阳能和地热能等领域。
4.化学储能技术:即氢能储能技术,包括氢化物储能、液化氢储能、固态氢储能等。
应用前景(1)稳定新能源电力系统随着新能源电力系统的发展,传统电力系统的稳定性受到了一定的冲击。
而储能技术可以在新能源电力系统发电量波动或断电等情况下,起到稳定电力系统的作用。
比如对于太阳能和风能发电,储能技术可以将其发电的过剩部分存储起来,以备无风或是夜晚时段使用,从而稳定电网。
(2)调峰充平电力销售电力调峰是电力调度中的一项重要指标,新能源电力系统的调峰能力远不如传统电力系统。
而储能技术则成为了解决新能源电力系统调峰问题的关键。
在风能、太阳能等能源不稳定导致电网出现“弃风弃光”时,通过储能技术可以选择将电能储存起来,以待需要时进行释放。
同样的,当电力需求不足时,储能技术也可以按需释放电能,以达到更好的调峰效果。
(3)提高电力供应质量储能技术在应对新能源波动性的同时,还可以优化电力供应质量,防止暂时突发场合对电网造成较大振荡。
在日常运行中,电网的负荷变化非常大,而储能技术可以利用电网部分负载下的闲置电能进行充电,并在其他负载较大的时候释放储存的电能,以达到优化电路流向的效果。
(4)节能减排储能技术可以通过回收和重复利用废旧电池,改进电池材料和技术,从而有效实现节能减排。
热能储存技术的研究与应用随着科技的发展,新能源技术已成为社会关注的焦点。
但是光伏能、风能等非确定性能源存在着间歇性和波动性,导致能源的难以稳定供应。
这时候,热能储存技术便成为了一种可以解决这一问题的技术,也是未来能源体系中不可或缺的一环。
一、热能储存技术的概述热能储存技术是一种用于储存热能的技术。
目前主要应用于可再生能源领域,例如光伏发电、风力发电等。
热能储存主要有三种方式,包括储热材料储能、热电联供以及热力储能技术。
储热材料储能是指将热量通过物料的相变来储存。
其中,电力热泵、火力发电厂等都采用了这种方式。
热电联供则是将燃气运用于电力生产,同时可以利用余热进行供暖和制冷。
最后,热力储能技术则利用高温高压蒸汽的储能原理储存热能。
二、热能储存技术的优势热能储存技术在可再生能源发电领域中有着不可替代的作用。
首先,它可以实现夜间储能供应。
这计数通过晚高峰的能量储存,从而能够更好地满足白天的能源需求。
其次,热能储存技术具有高效性和可靠性。
相比于其他的储存方法,热能储存所具有的高密度、高效率和高容量的特点,使其能够在一定程度上缓解其他能源储存方案的瓶颈问题,实现长效的能源储存。
此外,热能储存技术还可以降低能源生产和消费的负担,减轻对环境的影响,为节能减排做出贡献。
三、热能储存技术的应用前景未来热能储存技术的应用前景广阔。
随着可再生能源发电技术的不断创新,热能储存技术将会得到更广泛的应用。
从当前来看,热能储存技术最主要的应用场景是太阳能和风能储能。
根据分析,太阳能光伏发电和风能发电成为了热能储存技术的重要应用领域。
另外,热能储存还有应用于工业领域。
例如,在钢铁生产和石化工业的过程中,往往存在着大量的余热。
如果能够将这些余热进行储存和回收利用,就可以减少资源浪费,降低企业的能源消耗和排放,从而实现可持续经济发展。
而且,在智慧城市的建设中,热能储存技术也可以发挥重要作用。
随着城市能耗的不断增长,城市能源的供应和管理将成为一个重要议题。
电池储能技术的研究和应用随着工业和科技的不断发展,能源问题逐渐成为人们共同面临的严峻问题之一。
随之而来的,是对储能技术的日益需求。
电池储能技术是目前最具发展潜力的一种储能技术,已经得到了广泛的应用。
本文将从电池储能技术的分类、理论基础、典型应用、发展趋势等方面介绍电池储能技术的研究和应用。
一、电池储能技术的分类电池储能技术是将电能转化为化学能并储存起来,待需要时再将化学能转化为电能进行使用的技术。
现在已经有多种电池储能技术,可以根据电池的组成、结构特点、使用环境等多方面因素进行分类。
目前较为常见的分类方式主要有以下几类:1. 热电池储能技术:热电池是一种基于热电效应的电池,通过对热能和电能之间的相互转换来实现储能。
通常使用高温环境下的热源和低温环境下的冷源,将热流转化为电流储存起来。
2. 燃料电池储能技术:燃料电池是一种将氢和氧化剂反应产生电能的设备,具有便携可靠、环境友好等优点,可用于小型移动能源和大型电网应用。
3. 钠离子电池储能技术:钠离子电池是一种新型的二次电池,根据钠的离子交换实现电能的储存,与锂离子电池相比具有成本低廉、稳定性高等优点。
4. 碳基电池储能技术:碳基电池是一种利用石墨等形成电极的电池,不同于传统电池所用的金属材料,而是利用碳材料来实现电能的储存。
以上几类电池储能技术各有其优点和不足,将来随着技术的不断发展应有更多新型电池技术问世。
二、电池储能技术的理论基础电池储能技术的理论基础主要涉及到化学反应、电化学基础、质能转换等方面。
电池储能技术利用化学能和电能之间的相互转换来实现电能的储存,通过化学电池、氢燃料电池等方式进行储能。
电化学基础是电池储能技术的基础之一,其主要涉及到电池中的电荷传递和催化反应等方面的相关基础知识。
通过对电化学基础的深入了解,可以更好地开发新型电池储能技术,提高其效率和稳定性。
质能转换原理是电池储能技术的另一重要理论基础,其原理主要是通过物质的质量变化来实现电能的转换。
新型储能技术的原理和应用近年来,随着能源需求不断增加和环境问题的日益突出,寻找高效、环保的新型储能技术成为了全球能源行业的热门话题。
在这一背景下,各种新兴的储能技术不断涌现,并逐渐得到广泛应用。
本文将探讨几种主要的新型储能技术的原理和应用,包括锂离子电池、氢燃料电池和热能储存技术。
首先,我们来看一下锂离子电池。
作为目前最常见的储能设备之一,锂离子电池具有高能量密度、长寿命和良好的循环性能等优点。
其原理是通过锂离子的来回在正负极之间转移,从而实现能量的储存和释放。
在锂离子电池中,正极材料往往采用锂钴酸、锂镍酸等化合物,而负极材料则通常是石墨。
当电池充电时,锂离子从正极移动到负极,反之则是从负极移动到正极。
锂离子电池主要应用于电动汽车、便携式电子设备等领域,其高效、高性能的特点使其成为绿色能源发展的重要支撑。
接下来,我们将介绍氢燃料电池。
氢燃料电池是一种将氢气和氧气反应产生电能的设备,具有零排放、高能量密度和可再生等特点。
其原理是将氢气输入正极,氧气输入负极,通过负极和正极之间的反应释放出电子,从而产生电能。
在这个过程中,氢气被氧化成水,释放出的能量被用于驱动设备。
氢燃料电池的主要应用包括汽车、发电站和移动设备等领域。
与传统燃料电池相比,氢燃料电池具有更高的效能和更低的排放。
随着氢能源技术的不断发展,氢燃料电池在未来能源中扮演着越来越重要的角色。
最后,我们将探讨热能储存技术。
热能储存技术是指将能量以热的形式储存起来,以供后续使用。
这种储能技术可以通过改变物质的相态来储存和释放能量,常见的形式包括热蓄热器、热泵和热电联产等。
热能储存技术可以利用低峰时段的廉价电力将电能转化成热能,然后在高峰时段释放出来,以满足暖气、热水等需求。
此外,热能储存技术还能利用太阳能、地热能等可再生能源,将其转化成热能并储存起来,以满足持续供暖、发电等需求。
热能储存技术具有可再生能源利用率高、储存时间长的优点,在可持续能源发展中具有重要意义。
火力发电站新技术应用介绍随着能源需求的不断增加,火力发电站作为主要的发电方式之一,也在不断进行技术改进和创新。
新技术的应用不仅提高了火力发电站的发电效率和环境友好性,还为可持续发展提供了更多的可能性。
本文将介绍几种火力发电站新技术的应用。
一、超临界火电技术超临界火电技术是一种高效的发电技术,利用超过临界点的高温高压水蒸汽来驱动涡轮机发电。
相比于传统的亚临界火电技术,超临界火电技术具有更高的燃烧效率和传热效率,减少了燃料的消耗和排放物的排放,提高了发电效率和环保性能。
二、燃料多元化利用技术传统的火力发电站主要使用煤炭作为燃料,而煤炭资源的有限和环境污染问题促使人们寻求燃料多元化利用技术。
新技术使得火力发电站可以利用天然气、生物质、储能等多种燃料进行发电,降低了对煤炭的依赖,减少了燃料的排放和碳足迹。
三、超低排放技术火力发电站的排放物对环境和人类健康带来了负面影响,超低排放技术的应用有效地减少了这些排放物。
通过引入先进的脱硝、脱硫和除尘设备,火力发电站可以将污染物的排放降至最低限度,改善大气质量和环境健康。
四、热电联供技术热电联供技术将火力发电和供热系统相结合,将发电过程中产生的余热用于供暖或者工业生产。
这种技术能够提高能源利用效率,减少能源浪费和二氧化碳排放,实现能源的高效利用和综合利用。
五、智能化控制技术随着物联网和人工智能技术的发展,火力发电站的智能化控制技术也得到了广泛应用。
通过实时监测和数据分析,智能化控制技术可以优化发电过程,提高设备的运行效率和可靠性,降低发电成本和能源消耗。
六、碳捕集和封存技术碳捕集和封存技术是一种减少二氧化碳排放的关键技术,在火力发电站中得到了广泛应用。
这种技术通过捕集发电过程中产生的二氧化碳,将其封存在地下或者其他地方,避免其进入大气。
碳捕集和封存技术有助于降低温室气体排放,减轻气候变化的影响。
综上所述,火力发电站新技术的应用为提高发电效率、减少碳排放和保护环境健康提供了重要的支持。
低碳技术在能源领域中的应用一、背景随着全球气候变化越来越明显,减少碳排放已经成为解决人类所面临的挑战之一。
而能源领域是最主要的碳排放来源,因此低碳技术一直是人们关注的焦点。
在能源领域中,低碳技术的应用可以显著降低碳排放,从而帮助人类减缓气候变化的速度。
本文将重点探讨低碳技术在能源领域中的应用。
二、低碳技术的定义低碳技术是指在生产过程或者产品使用过程中,能够减少温室气体排放的技术。
这些技术包括但不限于:清洁能源、新型能源、能源储存以及节能环保等。
三、清洁能源的应用清洁能源是指能够在生产过程或者产品使用过程中,不排放或者排放极少量温室气体的能源。
目前,清洁能源主要包括太阳能、风能、水能以及地热能等。
1、太阳能太阳能是目前应用最广泛的清洁能源之一。
它的使用过程不需要燃料,同时也不会产生任何的排放物。
太阳能电池板可以将阳光转化为电能,广泛应用于建筑物、工业生产、交通运输等方面。
同时,应用太阳能发电还可以实现能源自给自足,减少对传统燃料的依赖。
2、风能风能是另一种非常好的清洁能源,可以在不产生污染物的情况下将风能转化为电能。
风力发电机可以在受风较强的海岸、山地以及开阔的平原等地区建造。
随着技术的发展,风力发电已经成为一个越来越受欢迎的可再生能源,被广泛应用在工业、城市以及居民用电等领域。
3、水能水能也是一种清洁能源,通过水力发电站将水能转化为电能。
在不需要流动大量水资源的情况下,水能可以为城市和工厂提供更加可靠的电力。
水能发电同时也要注意保护环境,避免湿地退化和鱼类消失等环境问题。
4、地热能地热能是指利用地壳内部的热能,通过地热发电站将其转化为电能。
地热能与太阳能和风能相比,利用率更加高效稳定。
地热热电联产还可以带来二氧化碳的减排效益,从而促进低碳经济的发展。
四、新型能源的应用新型能源是指那些在我们传统能源的基础上开发的能源,包括生物质能、高温气体能、蓄电池能、氢能等。
1、生物质能生物质能可以是生物生产的有机物,如木材、废料、农作物残余物以及粉末煤,这些材料均可被用来作为生物质燃料。
热储能与供热技术的研究与应用随着气候变暖以及人口增加,打火机,太阳能发电,风能发电等新兴能源已成为社会关注的热门话题,更为重要的是,有“旧能源”的供给是必不可少的,供热技术也是一样的。
热储能技术的研究与应用,将成为未来供热领域的重要发展方向。
一、热储能技术的概念及分类热储能技术是指将能量在低峰期以低价收集,存储在热储罐中,并在高峰期以高价供应能量的一种储水式储能方法。
根据不同的能源形式,热储能技术可分为水储能、地热储能、熔盐储能等几种类型。
其中,水储能为主流,占据50%以上,其次是熔盐储能和地热储能。
二、热储能技术的优势1、保证不间断供暖。
热储能技术的使用,能够有效的解决供暖过程中出现的一些问题,如受到昼夜温差影响,天气变化导致的供暖能力波动、气候恶劣导致的能源紧缺等。
而热储能技术可以利用夜间较低的耗电量储存热量,且利用储热罐的热容量来稳定供应,使得供暖不受天气影响变得更为可靠。
2、优化供暖效益。
另外,热储能技术在节能环保上也有很大作用。
在热储能技术的有效利用下,能够有效控制锅炉的运行,减少锅炉启停对机器的磨损,控制供暖与锅炉的关系,较之传统供热系统,节省能源40%-60%,为运营商带来了经济效益。
三、热储能技术的应用1、热电联供热。
热电联供热采用的是冷热负荷配平方法及热储能技术,使得能量在低峰就可以被储存,以备高峰时期使用。
在这个过程中不仅可以充分利用余热,而且可以节约大量燃料,同时也减轻了环境压力。
2、储能型空调。
储能型空调是将低能耗集中到晚上,把高能耗集中到白天,利用热量变化为电量储存起来,以达到节省能源以及排放松迫的目的。
特别是在夏季供给越来越紧张的情况下,该技术是至关重要的。
3、地源热泵空调。
地源热泵空调系统,是将土豆强行运转利用的一种空调系统,这种系统在运作中,会将地底的高温能源不间断地输送到楼体下部的水冷却器处。
而当系统需要恒温时,可以通过储罐里的高热能储量来进行供暖。
四、未来热储能技术的发展趋势虽然目前热储能技术已经在供热行业发挥了良好的作用,但仍然存在着一些可改进的地方。
能源科学的研究与应用一、能源科学的研究现状能源问题是全球面临的共同挑战。
在燃料枯竭、环境污染、气候变化等问题不断侵袭的今天,人类对于实现清洁、可再生的能源使用方式的探索永远不会停止。
能源科学已经成为最有前途、最重要的科学领域之一。
目前,人们主要通过以下几种途径研究能源:1. 新型材料材料是能源科学中的基础,每一种能源模式都离不开先进的材料支持。
目前,研究人员主要在新型光电材料、储氢材料、多孔介质材料以及热电材料等方面进行了深入的研究。
同时,纳米材料、超材料等新型材料领域也因其优异的电、光、热、力学等性能成为研究热点。
2. 新型能源新型能源是我们所追求的理想能源,包括风能、太阳能、地热能、海浪能等。
这些能源的利用需要先进的技术支持,目前主要的问题是如何提高能源转换效率和降低成本。
新型能源的研究对于实现能源可持续发展和解决气候变化等重大问题具有重要的意义。
3. 传统能源石油、天然气、煤炭等传统能源仍然是目前主要的能源来源。
虽然传统能源的资源量逐渐萎缩,但是其使用仍然不可避免。
研究人员主要致力于传统能源的清洁化和高效利用,例如采用CO2捕集、碳中和等方法来减少二氧化碳排放。
二、能源科学的应用能源科学不仅在理论研究方面取得了显著的进展,在实际应用上也有不少的突破。
以下是几个领域的案例:1. 新型电池随着电动汽车市场的快速发展,锂离子电池已经成为最主要的车载电源。
为了实现更加高效和稳定的电池性能,研究人员开发出了多种新型电池产品,包括钠离子电池、锌空气电池、纳米硅锡负极电池等。
2. 太阳能太阳能是最为广泛被使用的新型能源之一,在发展中国家取得了广泛的应用和普及。
太阳能电池板的发展如火如荼,多晶太阳能电池板、单晶太阳能电池板、薄膜太阳能电池板等不断涌现。
互补型太阳能电池组件也因其效率高、性价比优的特点被越来越多的使用。
3. 石油清洁化石油清洁化是我们迫切需要解决的环境问题之一。
通过研究和发展石油羟基颗粒化技术、水溶剂浸取技术等新型石油提取方法,实现石油清洁化的过程得到了很好的推进和应用。
五种常见的能源储存技术及其在能源行业中的应用效果能源储存技术在当今能源行业中起着至关重要的作用。
随着能源消耗的不断增加和可再生能源的快速发展,寻找高效的能源储存技术成为了科学家和工程师们的重要课题。
本文将介绍五种常见的能源储存技术,并分析它们在能源行业中的应用效果。
一、化学能储存技术1. 锂离子电池锂离子电池是目前最常见和最广泛应用的化学能储存技术之一。
它采用锂离子在正负极之间的反复嵌入和脱嵌实现能量的存储和释放。
锂离子电池在手机、电动汽车等领域得到了广泛应用,其高能量密度和长循环寿命使其成为理想的能源储存解决方案。
2. 燃料电池燃料电池将化学能直接转化为电能,不同类型的燃料电池采用不同的燃料来产生电能。
其中最常见的是氢燃料电池,它将氢气和氧气反应产生电能和水。
燃料电池在交通运输、航空航天等领域有着广泛的应用前景,并且具有零排放、能量密度高等优势。
二、机械能储存技术1. 抽水蓄能抽水蓄能是一种将多余的电能转化为重力势能或压缩空气,然后在需要时通过水轮机或透平发电机将其转化回电能的技术。
这种技术具有响应迅速、可靠性高等特点,广泛应用于电网调峰、电能储备等领域。
2. 声能储存声能储存是一种将电能转化为机械能储存,再通过声能转换器将其转化回电能的技术。
它可以利用声波的高频振动和长时间存储的特点,广泛应用于声能电池、超级声能电池等领域。
三、热能储存技术1. 热电转换储能技术热电转换储能技术通过将热能转化为电能来实现能源的储存。
它采用热电材料的热电效应将热能转化为电能,具有高效率、稳定性好等特点。
热电转换储能技术在太阳能、核能等领域有着广泛的应用前景。
2. 季节性热储季节性热储是指将夏季的多余热 energy 存储起来,在冬季或其他需要的时候释放出来供热。
这种技术采用地下储热器、水储热器等设备,以及导热管路、热交换器等系统实现能源的高效储存和利用。
四、电磁能储存技术1. 超导磁体能量存储超导磁体能量存储是利用超导材料在低温状态下抵抗电流损耗和能量损失的特性,将电能转化为磁能储存。
第6卷第6期 2017年11月储能科学与技术Energy Storage Science and TechnologyVol.6 N o.6Nov. 2017f研究开发1热电储能技术及二氧化碳在其中的应用王冠邦,张信荣(北京大学工学院,北京100871)摘要:热电储能系统将多余的电能以热能的形式存储,在需要时通过Brayton循环、Rankine循环等动力循环 利用存储的热能做功发电,多种循环工质在该技术中的应用被广泛研究,二氧化碳作为循环工质是目前该技术 的研发热点。
介绍了热电储能技术的基本原理,指出系统的循环效率受循环工质与储热、储冷介质间的热匹配 性及涡轮机械的等熵效率影响。
概述了包括水、空气、氩、氨及有机物在内的循环工质的应用情况,重点分析 了以二氧化碳作为循环工质的热电储能系统,包括系统设计、系统性能及优化、系统实现,最后通过与压缩空 气储能的对比分析了热电储能技术的发展前景。
热电储能既不依赖于地理条件和化石燃料的燃烧,也具有储能 规模大、工作时间长、投资成本低及循环效率高等优点,具有广阔的发展前景。
关键词:热电储能;二氧化碳;Brayton循环;Rankine循环doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0111中图分类号:TM 02 文献标志码:A 文章编号:2095-4239 (2017) 06-1239-11 Thermoelectric energy storage system and applications using C02cyclesWANG Guanbang, ZHANG Xinrong(College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China)Abstract:A thermoelectric energy storage (TEES) system stores electricity in thermal form and the thermal energy converts back to electricity by a Brayton cycle, Rankine cycle or other power cycles during the discharge period. Various working fluids coupled with heat and cold storage mediums have been studied extensively and the use of C〇2as the working fluid is a hot topic in TEES system. This paper first explains the principle of TEES system and examines the effects of thermal integration between the working fluid and the heat and cold storage mediums as well as the isentropic efficiency of turbomachinery on the system round trip efficiency. Applications of different working fluids are then discussed including water, air, argon, ammonia and organic chemicals, and the focus is on systems with C〇2 as the working fluid, including system design, system performance study and optimizations, and system realization. Finally, the TEES system is compared with compressed air energy storage (CAES) technology. It is concluded that the TEES not only is independent on the geographical conditions and the use of fossil fuels, but also has a large storage capacity, a long life span, a low capital cost and a high round trip efficiency..Key words:thermoelectric energy storage; carbon dioxide; Brayton cycle; Rankine cycle随着人们对环境污染和能源短缺问题的日益重 2015年全球可再生能源发电量(包括风力、光伏、视,世界各国都致力于可再生能源的开发与利用,光热、水力、生物质能等)增加了 5%,大约占总收稿日期:2016-12-30;修改稿日期:2017-02-13。
基金项目:“十三五”国家重点研发计划(2016YFD0400106)。
第一作者:王冠邦(1994一),男,博士研究生,主要研究方向为工程发电量的23%[1]。
但是,大多数可再生能源对环境 和气候有较强的依赖性,其发电过程不连续、波动 性和不确定性强,面临着可靠性和稳定性的挑热物理与新型能源系统,E-mail: coewgb@;通讯联系人:张 信荣,教授,主要研究方向为工程热物理与可再生式热能源,E-mail: xrzhang@ 〇战[2_3]。
以风电为例,1〇界风电并网需要200〜界 的备用电力供应+5],大规模储能系统作为该备用电1240储能科学与技术2017年第6卷力供应的一种选择逐渐受到重视。
尽管储能的方式多种多样,但目前较多应用的M W级、循环时间在数小时的大规模储能方法仅限于抽水蓄能和压缩空气储能。
抽水蓄能是目前最成熟、应用最广泛的储能技术,世界上98%的储能系统(总容量超过120GW[3])都使用该技术,但其应用依赖于地理条件,投资成本高、建设周期长,不适于普遍推广。
压缩空气储能是近年来研究的热点,但其应用远少于抽水蓄能,目前运行的总容量仅400 M W左右,计划或正在建设的项目总容量约4 GW[6],而且大规模系统采用地下岩层、洞穴等存储压缩空气,选址也受地理条件的限制,已经投入使用的系统采用依赖于燃烧化石燃料的传统方法,先进绝热压缩空气储能技术虽能避免对燃料的依赖,但尚处于研发和试验 阶段。
热电储能是一种不受地理条件限制、不消耗燃 料的储能技术,将多余的电能以热能的形式存储,在需要时通过Brayton循环、Rankine循环等动力循 环利用存储的热能做功发电。
这种利用热能储电、热机释能的电能存储原理早在1978年就已经正式 提出[7],经过长时间的发展,多种循环工质在该技 术中的应用被广泛研究。
近年来,以二氧化碳为工 质的热泵[8_9]和热机[1()_11]技术发展迅速,而二氧化碳 作为热电储能的循环工质也成为热电储能的研发热 点。
相比于压缩空气储能,热电储能在我国存在较 大的研究空白。
本文将对热电储能技术的基本原理和不同循环 工质的应用情况进行简要介绍,随后重点分析以二 氧化碳作为循环工质的热电储能系统,包括系统设 计、系统性能及优化、系统实现,最后指出热电储 能技术的发展前景。
1热电储能概述1.1基本原理图1展示了热电储能的基本原理。
在用电需求 较低时,电网中的剩余电能驱动电机,带动压缩机,循环工质从储冷介质(低温热源)吸热,并向储热 介质(高温热源)放热,从而将电能以热能的形式 存储在储热介质中。
在用电高峰时,循环工质经泵 或压缩机压缩后,从储热介质(高温热源)吸热,在膨胀机中膨胀做功,驱动发电机产生电能,膨胀 后的循环工质被储冷介质(低温热源)冷却。
图1热电储能原理Fig.l Schematic diagram of thermoelectric energy storage 图2是热电储能系统的结构示意图,包括储能 和释能两个过程。
这两个过程共用储热装置和储冷 装置,该装置主要是隔热(有时要求耐压、耐高温) 储罐,储热、储冷介质不是循环工质时还包括换热 器,可设有多个储罐及换热器。
储能过程的主要部 件还包括压缩机、电动机、膨胀机(有时用节流阀)。
释能过程的主要部件还包括泵或压缩机、膨胀机、发电机。
除图2示意的部件外,整个系统还配有控 制装置、机械传动装置、管路及其它配件。
此外,一些优化后的系统还包括回热用的换热器、中间冷 却/再热用的换热器、风冷装置或辅助制冷系统等部 件或附属系统。
(虚线表示储能过程,实线表示释能过程,红色表示高温端,蓝色表示低温端)1一储热装置;2—储冷装置;3—压缩机;4一电动机;5一膨胀机;6一栗或压缩机;7—膨胀机;8—发电机图2热电储能系统Fig.2 Schematic configuration of thermoelectric energystorage system第6期王冠邦等:热电储能技术及二氧化碳在其中的应用12411.2循环效率卡诺循环和逆卡诺循环可给出系统的极限循环 效率。
若储热介质温度为7k ,储冷介质温度为7b 并考虑循环工质与储热、储冷介质之间有相同的平 均温差A F ,忽略储热介质的热量损失,则储能过程中电能净输入奶n 与向储热介质放热0H 的关系为(th +a t )-{tl -a t )tk + a t释能过程中电能净输出%ut与从储热介质吸热Wm =Q h X ~(1)介质与循环工质换热时温度是变化的,如水、熔融盐等,这类介质的优点是可以使用高效换热器(如 逆流板式换热器),但其操作温度范围受熔沸点的限 制,有时需要加压等操作拓宽该范围;另一类是相 变存储,这类介质与循环工质换热时温度不变,最 常用的介质是冰浆。
高效的储热、储冷介质应具有 以下特性[13]:高密度,无毒害、无腐蚀性、无放射 性,避免高存储压力,自然界存在,传热系数高, 比热容大,低黏度,化学稳定性好。
此外,也可将0H 的关系为Wm t =Q H x{tb -a t )-{tl + a t )r H -A r(2)循环效率定义为电能净输出与净输入的比值(rH-A r )-(r L + A r )::rH +ArK (rH + A r )-(r L-A r ) th -a t由此可见,循环工质与储热、储冷介质间的温 差直接影响循环效率,若该温差为0,则循环效率为 100%。