论文标题：Performance analysis of a novel medium temperature compressed air energy storage system based on inverter-driven compressor pressure regulation

期刊：Frontiers in Energy

作者：Yanghai Li, Wanbing Xu, Ming Zhang, Chunlin Zhang, Tao Yang, Hongyu Ding, Lei Zhang

发表时间：26 Oct 2023

DOI：10.1007/s11708-024-0921-0

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文章内容

国网湖北省电力有限公司电力科学研究院（中国）的研究人员与中国能源数字科技集团有限公司以及华中科技大学合作，开发出了一种新型的中温压缩空气储能（CAES）系统。该系统利用变频驱动压缩机进行放电过程压力调节 ，为优化压缩空气储能系统并将其往复效率提高3.64%提供了可行的解决方案。

Schematic diagram of the ID-CAES system proposed

在当前全球化石燃料稀缺和全球变暖的背景下，可再生能源得到迅速发展，但其间歇性和电网集成的限制导致了大量风能和太阳能的浪费，因此能量存储技术对于平衡能源供需至关重要。在大容量长时储能技术中，压缩空气储能展示出巨大的应用潜力，但效率成为了制约其发展的关键因素。在诸多系统效率提升方式中，降低系统节流损失是一种有效途径。目前学者从系统优化角度开展了大量研究工作，诸如等压存储、引射器压力调节、阀门系统拓扑结构动态调整等方式被提出。本课题组在之前的研究中提出利用附加变频压缩机进行储气装置稳压的系统优化方案，在此基础上，本文提出通过压缩过程末级变频压缩机进行放电过程压力调节的系统优化新方案，希望能够在不增加系统主要设备的前提下，以较小的系统改造优化成本提升系统效率，实现降本增效。

通过热力学特性分析、动态特性分析等对该系统的性能进行了评估。结果显示， 本研究提出的新型变频动压缩空气储能系统相较于典型压缩空气储能系统往复效率提高了3.64%，表明它能够在不显著增加系统复杂性的情况下提高效率。通过特性分析来量化系统组件的损失和效率，提供了详细的模拟结果和系统参数。研究还分析了系统中不可逆损失的位置，发现电-功率转换设备（压缩机和空气透平）的效率对于提高系统效率至关重要。研究了关键参数如变频压缩机等熵效率、储气装置出口压力、最大压力和高温储存温度对系统效率和运行时间的影响。

Comparison of exergy losses of key system components

文章信息

Performance analysis of a novel medium temperature compressed air energy storage system based on inverter-driven compressor pressure regulation

Yanghai Li, Wanbing Xu, Ming Zhang, Chunlin Zhang, Tao Yang, Hongyu Ding, Lei Zhang

Abstract:

In compressed air energy storage systems, throttle valves that are used to stabilize the air storage equipment pressure can cause significant exergy losses, which can be effectively improved by adopting inverter-driven technology. In this paper, a novel scheme for a compressed air energy storage system is proposed to realize pressure regulation by adopting an inverter-driven compressor. The system proposed and a reference system are evaluated through exergy analysis, dynamic characteristics analysis, and various other assessments. A comprehensive performance analysis is conducted based on key parameters such as thermal storage temperature, component isentropic efficiency, and designated discharge pressure. The results show that the novel system achieves a relative improvement of 3.64% in round-trip efficiency, demonstrating its capability to enhance efficiency without significantly increasing system complexity. Therefore, the system proposed offers a viable solution for optimizing compressed air energy storage systems.

Cite this article:

Yanghai Li, Wanbing Xu, Ming Zhang, Chunlin Zhang, Tao Yang, Hongyu Ding, Lei Zhang. Performance analysis of a novel medium temperature compressed air energy storage system based on inverter-driven compressor pressure regulation. Front. Energy.

https://doi.org/10.1007/s11708-024-0921-0

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期刊简介

Frontiers in Energy是中国工程院院刊能源分刊，高教社Frontiers系列期刊之一。由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈院士和倪维斗院士为名誉主编，中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。

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