压缩空气储能高效等温压缩方法的研究

The compressed air energy storage technology has the virtues of large capacity, environmentally friendly, long lifetime. And it has broader application prospects and an effective large-scale for renewable energy storage..At present, most compressed air energy storage systems use adiabatic compression. When the compressed air is compressed, the temperature rises and a large amount of power is consumed into heat. And about half of the electricity is transformed to heat and exhausted, which leads to the lower energy storage efficiency (CAES<60%, battery>90%). Compared with battery energy storage, the major problem limitation that restricts the commercial application of such systems are the smaller space of making profit..Based on the isothermal compression technology, this project presents a isothermal piston which consists of the porous medium and the traditional piston. The isothermal piston is set between compressed air and liquid, which can enlarger the heat transfer surface and enhance heat transfer from air to liquid. A gas-solid-liquid three-layer heat exchange structure is formed to absorb the compressed heat and make temperature of compressed air unchanged. Therefore, the isothermal piston can reduce the generation of compression heat and improve energy storage efficiency. This method can be beneficial for the application of the compressed air energy storage technology.

压缩空气储能技术具有规模大，环境友好，使用寿命长的优点，适用于可再生能源的大规模储存，具有广阔的应用前景。.目前，传统基于绝热压缩的压缩空气储能系统，由于气体压缩时间短，气体导热系数小，压缩热不能及时向环境传导，温度迅速上升，压缩功增加，并转换为热量，大于40%的电力转换成了热量并散失，导致储能效率低（<60%，电池>90%），相比电池储能，出售电力盈利空间小，成为其商业化应用的瓶颈难题之一。.本项目提出了一种基于等温活塞的等温压缩方法，采用多孔介质与传统活塞耦合形成等温活塞，作为媒介增大压缩空气与液体介质的换热面积，实现压缩热从空气向液体的快速传递。利用液体介质吸收压缩热，稳定压缩空气的温度，形成气-固-液耦合的三层换热结构。从而减少压缩热的产生，提高压缩空气储能效率，有助于压缩空气储能技术的推广应用。

储能技术能够动态吸收并稳定释放能量，弥补可再生能源的间歇性和波动性缺点，提高电力系统稳定性。压缩空气储能通过电能驱动压缩机压缩空气，以压力能的形式储存电能，具有储能规模大、环境友好、使用寿命长等优点，但存在效率偏低的问题。.本项目提出了基于等温活塞的等温压缩方法，将多孔介质与传统活塞耦合形成等温活塞，增大空气、液体的换热面积，实现压缩热高效传递，利用液体吸收压缩热，设计了等温活塞空气压缩结构。.建立了多孔介质无因次空气压缩热力学模型，研究了等温活塞热力学和传热学特性，提出了描述等温活塞换热特性的特征参数Ka和Xu，简化了复杂结构多孔介质的换热分析。.建立了固-液耦合流体阻力模型，构造了融合传热和阻力特征参数的能耗指数Xpor，并证明了系统总功耗与能耗指数呈单调递增关系，导出系统总功耗理论上的最小值，优化了多孔介质的最佳长度，减小了固-液间的阻力。.建立了压缩过程中气体的溶解模型，研究了气体的溶解对空气压缩系统的影响，优化了进气相位角，实现溶解气体的析出和回收。.设计和搭建了等温活塞空气压缩实验平台和研制了原理样机，测量了空气压力、温度和压缩功耗，验证了等温活塞可以有效降低压缩过程空气的温度和能耗。在压缩比为4时，等温活塞压缩得到的温度比理想绝热压缩降低了29.7%，在100rpm的转速下，阻力的功耗仅仅占据总功耗的0.2%。.取得成果：.（1）已完成100kW/35MPa先进等温压缩空气储能工程样机，促进了压缩空气储能在分布式储能领域的应用；.（2）在重要学术期刊、国际学术会议上发表学术论文11篇，其中Q1区SCI 2篇，Q2区SCI 3篇；.（3）授权发明专利5项，出版专著1本；.（4）培养博士生3人，已毕业2人；硕士生7人，其中已毕业5人。指导博士生获北京市优秀毕业生1人，指导硕士生获校优秀研究生1人，国家奖学金1人。