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《中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)》 2019年
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一种基于熔盐/储冷介质的热泵热机式储能系统物理设计

殷子彦  
【摘要】:热泵储电系统具有循环效率高、成本低等优势,与其他大型储能技术,如抽水蓄能和压缩空气储能相比,它可以在任何地理位置下安装并可以满足任一容量下的储能需求,可以用于解决可再生能源输出不稳定和区域峰谷用电差过大等问题,具备良好的发展前景。传统热泵储电系统使用氩气、砂石分别作为流体介质和储能介质,一般情况下,其系统内存在工作温度高,储能密度相对较低等问题,大大限制了它的实用性。为解决这些问题,本文使用熔盐相变胶囊和空气分别作为储能介质和工作介质提出了一种热泵热机式储能系统。系统包括压缩机、透平机、蓄热罐、蓄冷罐和两个换热器六个主要装置,具有循环效率高、储能密度高的特点,同时也解决了传统热泵储电系统中工作条件苛刻的问题。本文对该系统进行了热力学分析和做功过程分析以验证其是否能实现上述研究目标,最后通过成本分析验证该系统的实际经济可行性。为达到以上研究目标,本文具体开展了以下研究工作。(一)系统内储热床体的建模分析:调研使用相变储能介质为床体填充物的常用建模模型,并通过数值模拟的方法对床体模型进行了换热分析,通过实验验证模型的正确性。(二)系统内其他重要设备的建模分析:调研并确定了换热器,压缩机、透平的热力学及做功的建模模型。(三)为确定该新型系统能否完成研究目的,论文提出了一种40MWh的储电系统,并对其进行了热力学及做功分析。并针对该系统的其他做了进一步的参数分析,研究不同参数对系统性能的影响。(四)为验证该系统的经济可行性,调研并确定了系统的成本分析模型并对该系统做经济性分析。研究结果表明,该新型系统的单位储能密度达到271.8kW·h/m~3;在单次充放电过程下的储热效率为55.1%;在循环充放电过程下的储热效率为26.9%,往返效率为69.1%;通过具体的充电过程分析,充电时间较使用非相变材料作为储能介质系统的充电时间延长了55%;系统的单位储能花费为115$/kWh,具有一定的经济可行性。所提出的新型系统在储能领域中具有一定的实用性。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TL426;TK02

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