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压缩二氧化碳储能系统的热力学性能分析

李玉平  
【摘要】:可再生能源大力发展是目前解决能源问题的主要途径之一,但可再生能源存在间歇性和波动性的问题,电力储能可作为解决这一问题的关键技术。同时储能技术也是电力系统削峰填谷、分布式能源系统发展不可或缺的一部分,因此储能技术被视为目前能源革命的第六价值链。二氧化碳储能是目前提出的一种新型的储能技术,相对于已有的其他储能技术,其具有储能密度高、易液化、环境友好等优势,但目前对二氧化碳储能系统热力特性的研究较少,因此本文对二氧化碳储能系统在理论分析、结构及参数优化等方面展开深入研究。首先,通过对各类压缩二氧化碳储能系统流程的总结,建立了一种压缩二氧化碳储能系统热力学理论模型,得到了关键参数与系统效率之间的关系,分析了在不同设置条件下系统潜力值。然后,提出了五种不同储存状态和系统结构的压缩二氧化碳储能系统:气态和超临界压缩二氧化碳储能系统,气态和液态压缩二氧化碳储能系统,液态和超临界压缩二氧化碳储能系统,常压液态和常压液态压缩二氧化碳储能系统,常压液态和高压液态压缩二氧化碳储能系统,同时建立了压缩二氧化碳储能系统评价指标。利用Aspen Plus仿真软件对五种压缩二氧化碳储能系统进行了仿真模拟,揭示了储能压力、释能压力、压缩机进口压力、节流阀压降、压缩机效率、膨胀机效率和膨胀机入口温度等参数变化对系统性能的影响。最后,对五种系统进行参数分析,建立了系统优化模型,得到了各系统效率的最优值。通过对最优系统进行(火用)分析,得到了其(火用)损分布,并分析讨论了压缩二氧化碳储能系统产生(火用)损的内部原因。本文的研究可以为压缩二氧化碳储能系统的优化设计提供参考依据。


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