壓縮空氣儲能系統的工作特性研究

　　設計計算！！
　　壓縮空氣儲能系統的工作特性研究楊啟超，劉廣彬，趙遠揚，李連生（合肥通用機械研究院壓縮機技術國家(country)重點壓縮空氣儲能系統是將電站非峰荷時的低價電能轉換成峰荷時的高價電能。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備。空氣壓縮機與水泵構造類似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。即在系統低谷時，利用電網中的富余電力(electricity)，通過(tōng guò)空氣壓縮機儲存能量；在電力系統峰荷時，利用壓縮空氣儲存的高壓空氣通過膨脹機發電供給系統，以提高系統負荷率，解決系統峰谷差，還可以作為備用電源(power supply)使用。
　　合燃燒，燃燒的方式與常規燃氣輪機(Turbine)相同。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個小時或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區，則更換時間間隔要縮短。濾清器維修時必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。大型壓縮空氣儲能系統(system)主要利用特定的地下礦井或洞穴儲存壓縮空氣。小型的壓縮空氣能量(energy)儲存系統則可利用高壓儲氣罐或管網儲存壓縮空氣。儲氣裝置的設計有兩種方式：恒容和恒壓。通常儲能系統工作在恒容條件下，高壓氣體通過節流閥降至某一恒定壓力，來保障膨脹機相對的穩定高效運行，而此時儲氣罐內的壓力在一定范圍內變化。商業(business)運行的壓縮空氣儲能電站均采用這種方式，如德國Huntorf電站將壓力降至
　　4. 6MPa，儲氣空間的壓力在4.8~6.6MPa范圍(fàn wéi)內變化。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備。空氣壓縮機與水泵構造類似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。恒壓式儲氣裝置能夠保持電站的高效運行以及減小存儲體積，此時儲氣罐向膨脹機輸送儲氣壓力下的高壓氣體(gas)，即儲氣罐壓力恒定不變。15介紹了恒壓式儲氣系統的典型設計方案，本文將對這2種儲氣方式下的系統工作特性進行對比分析(Analyse)。
　　3熱力過程分析(Analyse)假設空氣為理想氣體，理想氣體狀態方程：Rg―空氣的氣體常數T―溫度所示為壓縮空氣儲能系統的理論循環示意圖。圖中1-3為理想等溫壓縮過程，1-2為絕熱壓縮過程，3 -4為絕熱膨脹(inflate)過程。陰影面積1-2-3-4即為膨脹機無進口力口熱情況下循環過程的能量損失（loss)。
　　儲氣罐）壓縮(compression)空氣儲能系統的熱力過程(guò chéng)微小型壓縮空氣儲能系統的基本原理(yuán lǐ)壓縮空氣儲能系統的的儲能效率定義為輸入常規的壓縮空氣儲能系統是一種燃氣輪機調功與輸出功的比值：峰電站，膨脹發電過程是將壓縮氣體與天然氣混n=WE，TOT/WC，TOT⑵功耗（kj）鶘lail置S4：抖丑k――除珙茄3置煤。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個轉子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。昆山空壓機保養是回轉式連續氣流壓縮機，在其中高速旋轉的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉化為壓力。這種轉化部分發生在旋轉葉片上，部分發生在固定的擴壓器或回流器擋板上。椏筠潘珙芘K齠ia駕置>f；鶘lailK齠3置畝，舳―->瞄3；敗筠ia丑lm'Il；吩ipia餌齠茄陸屮鶘儻餌齠，到曲舳|著馬駕3敗焯4.敗筠芘丑|：1；吩4敗，卟郵婢筠瀆，從啦著馬陳0*，0丨臠襠K>~4筠。ia吩舔朔3芘駕辟敗4 4筠。塒這鶘lailK￡ss瞄咖諦S；蓋Jfriad-斛一~3cmpaN-lm：l焯矣盡，粗截潘珙芘Kfistb鶘儻餌齠敗置41.4承~函3 JlmBIMs熙毋胯3-塒淋，彐排沁化椏筇舔Jfr敢弟a-罵字寒EE（私）rja姊毋嫁傲M謝斛iaH）Jfr-*3葙紳塍H）Jfr3il鈄宗到攣。貧晌）4s
　　S、Jfr組朔丑芘HJJfrs塒辮（浩）排沁4：這儻砷苕芘舜紛化字細咖；f，iaHJJfrm塒3罵字鴦。ifiaH）Jfrs塒辮W*曲茄iad-苕珙。舔Jfr朔丑slaJt―臠茄陸孕肺儻砷，珙圭4=.胚一tt，MJfr錟丑鰣芘吩舔謝1|1卅舳芘；|1.塒容A□芘11排苕11鰣辮。|1吩斛請敦攣芘抖丑，―― 3il駕阱1琳舔謝斛舔Jfr錟丑。阱1苒iad-菩敢弟3ilH）Jfr，罵屮33ilKfis，潘3毋塒晰。瞄涔±，鶘儻芘4￡畝，辟iaK￡§￡m.sltt，47請，ifiaJfrsilK齠熱匆彐鵒陸鶘laK齠。丑lmll；吩S3敗媸iaK齠舳茄陸鶘lail3.菡-啡咖鈄瞄it，罵屮敗媸ia餌齠，斛啦媸iatb鶘sil駕置畝。拓啦媸ia駕擇□la流體機械(machinery)+恒壓式的性能。在絕熱和多級工作過程(guò chéng)中，系統的儲能效率初始時隨著儲氣壓力的增高而迅速降低，而后降低速度(speed)變緩。在典型的儲氣壓力為5 ~10MPa的范圍(fàn wéi)內，絕熱過程的儲氣效率變化范圍為32.7%~26.8%.而多級壓縮和多級膨脹系統的儲氣效率變化范圍為66.4%儲能密度的比較。在恒容方式下，定義節流降壓比為儲氣壓力與節流后的膨脹機入口(rù kǒu)壓力之比為Psl/Ps2，研究降壓比對儲能密度的影響(influence)。已建成的商業電站Huntorf和McIntosh電站都采用節流降壓的恒容方式工作，降壓比分別為1.4和1.6.由圖可知，壓縮空氣儲能系統的儲能密度隨著儲氣壓力的升高而增大；恒壓式系統的儲能密度遠大于恒容式。恒容式系統的儲能密度隨著節流降壓比的增大而升高。
　　P――儲氣壓力(pressure)Vs―儲氣罐體積Rs―空氣(Basin air)的氣體(gas)常數Ts――儲氣溫度（temperature)3.3膨脹過程采用多級膨脹中間加熱可以增加(increase)膨脹機的輸出功。膨脹機在不同工作過程的輸出功可分別表示如下：等溫膨脹的輸出功為：絕熱(Thermal insulation)膨脹的輸出功為：所示為膨脹機輸出功與膨脹初始溫度的關系曲線（Curve），可以看出不管是等溫膨脹過程還是絕熱等熵膨脹過程，膨脹初始溫度對膨脹機輸出功的影響都是線性的，即提高膨脹初始溫度將大大增加膨脹機的做功能(gōng néng)力。而且，膨脹過程越逼近等溫過程，隨進氣溫度的升高，膨脹輸出功的增加也越明顯。因此，在改進的諸多壓縮空氣儲能系統中會利用壓縮熱、太陽能、膨脹機余熱或燃料燃燒來預熱膨脹機入口氣體溫度以提高輸出功。
　　儲氣壓力(pressure)（MPa）恒容與恒壓下的儲能系統的儲能密度所示為通過節流閥時由于壓力的降低導致(cause)的有效能損失（loss)與儲存的高壓空氣有效能的比值。在一定節流降壓比下，節流過程中有效能損失隨儲氣壓力的增大而降低，且變化趨勢逐漸變緩。節流過程中有效能損失占比隨節流降壓比的增大而增大。結合和綜合作用可知，在節流降壓比較大時，雖然節流過程有效能損失較膨脹機進氣溫度（K）進氣溫度對膨脹機輸出功的影響(influence)4儲能系統的特性5所示為壓縮空氣儲能系統的儲能效率在不同工作過程下的變化曲線，其系統未采用入口(rù kǒu)空氣預熱。由圖可知，等溫工作過程為理想的工作過程，其儲能效率為100%.而絕熱過程的儲能系統效率最小。中的多級過程指的是采用4級壓縮中間冷卻的壓縮過稱和2級膨脹中間加熱(heating)的膨脹過程，其儲能效率介于等溫過程和絕熱過程之間，反映了實際應用中可實現的工作循環（s/3fi鉑腱恒容方式下的節流有效能損失為恒容式系統所需的儲氣容積與恒壓式系統所需儲氣容積的比值隨儲氣壓力的變化曲線。隨著儲氣壓力的升高，其比值逐漸減小。例如，當儲氣壓力為9MPa，節流降壓比分別為1.5、和2.5時，恒容式系統的儲氣罐容積分別是恒壓式系統儲氣罐容積的3.3。4和2.1倍。因此，恒壓式壓縮空氣儲能系統所需的儲氣罐容積最小，設計和制造恒壓式的儲氣系統對提高壓縮空氣儲能系統的總體性能具有重要意義。
　　大，但此時從儲氣罐釋放用于膨脹(inflate)做功的氣體質量也增多，因此致使儲能密度較大儲能密度的大小由節流降壓比和空氣質量的綜合效果決定。
　　儲氣壓力（MPa）恒容與恒壓下的儲氣罐(gas container)容積(Capacity)比5結論針對微小型壓縮(compression)空氣儲能系統，運用熱力學理論建立了壓縮過程、儲氣和膨脹過程的理論分析(Analyse)模型(model)采用儲能效率(efficiency)和儲能密度作為評價指標探討壓縮空氣儲能系統在等溫、絕熱(Thermal insulation)和多級多變工作過程下的工作特性，分析比較了恒壓和恒容儲氣方式對系統性能的影響規律（rhythmical)。結果表明，儲氣壓力、壓縮和膨脹過程和儲氣方式對壓縮空氣儲能系統的效率和儲能密度都有很大的影響，提高儲氣壓力能顯著（striking）增大系統的儲能密度；多級壓縮中間冷卻(cooling)的壓縮過程有利于減少壓縮耗功，多級壓縮中間加熱的膨脹過程能有效增加膨脹輸出功；膨脹機進氣溫度越高，則膨脹輸出功和系統儲能效率越大；與恒容式儲氣系統相比，恒壓式系統的儲能密度較大，而所需氣罐容積大大減小。建立的壓縮空氣儲能系統理論分析模型，能夠反映關鍵運行參數對系統工作特性的影響規律，可為設計(design)高效（指效能高的）壓縮空氣儲能系統提供基礎。