低温高压液态空气储能系统分析北大核心

压缩空气储能是一种极具潜力的大规模储能技术,传统的压缩空气储能技术存在储能密度低、储存容积大等缺点,应用推广受到很大限制。液态空气储能技术是一种新兴的压缩空气储能技术,相比于传统压缩空气储能技术,能量储存密度显著提高。因此,基于低温空气液化原理,提出一种液态空气储能系统,其核心热力学过程为将空气降温液化后以高压状态存储,通过节流后的空气实现冷量回收,使得系统不需引入额外冷量。对该系统进行热力学分析和参数优化,结果表明系统效率可达50%以上。     

低温高压液态空气储能系统分析

压缩空气储能是一种极具潜力的大规模储能技术,传统的压缩空气储能技术存在储能密度低、储存容积大等缺点,应用推广受到很大限制。液态空气储能技术是一种新兴的压缩空气储能技术,相比于传统压缩空气储能技术,能量储存密度显著提高。因此,基于低温空气液化原理,提出一种液态空气储能系统,其核心热力学过程为将空气降温液化后以高压状态存储,通过节流后的空气实现冷量回收,使得系统不需引入额外冷量。对该系统进行热力学分析和参数优化,结果表明系统效率可达50%以上。     

新型液化空气储能技术及其在风电领域的应用

本文介绍了新型液化空气储能技术的研究现状及其与风电场的匹配方法,同时对风能/液化空气储能系统的经济效益进行了分析。结果表明,液态空气储能技术具有储能密度高,不受地理条件限制以及初投资较低等优点,这使其在风电的规模存储中具备很好的应用前景,为日益突出的风力发电与输电问题提供了一种具有吸引力的解决方案。     

联合液化空气储能的有机朗肯循环研究

有机朗肯循环(ORC)是中低温余热资源的一种有效利用方式,但其平均吸、放热温度差值较小,使得系统的循环效率不高,经济性不够理想,从而严重制约其发展.液化空气储能(LAES)是近年兴起的一种新型储能技术,其电力恢复阶段需要热量的输入。若通过合理的设计,将液化空气储能技术与ORC技术相结合,则可降低现有ORC系统的冷凝温度,提升其发电效率.本文以基本的ORC循环系统为基础,对比分析了丙烷、R-134a及R-22三种工质在常规冷凝和结合液化空气储能技术冷凝条件下的循环性能.结果表明,联合液化空气储能的ORC循环效率大幅高于常规ORC。     

AA-CAES系统储气室热力学特性研究

先进绝热压缩空气储能系统(AA-CAES)的储能设备-储气室是用来储存由压缩机压缩以后的高压空气,随着储气室内压力的变化,高压空气会与储气室壁面之间产生传热,从而影响储气的效率。本文利用实验与数值模拟的方法对储气室内的温度和压力以及换热系数对效率的影响进行研究。结果表明:储气罐充放气过程中,随着存储压力的增大,储气室内温度梯度范围越来越小,这是因为随着压力的增大,储气罐内壁面的对流换热系数降低,从而换热系数随着储气罐储气压力的增大而降低;储气罐内的储能效率随着压力的增大而增大,实验结果与数值模拟结果吻合良好。     

天然气调压站差压液化系统研究

液化天然气(LNG)调峰方式因其调峰能力强,设备占地面积少等优点,是门站进行调压的有效补充。本文采用透平膨胀机替代传统的节流阀,设计了一套天然气差压液化系统,将管道的高压天然气进行降压后输送至城市管网,同时利用天然气膨胀后的冷能获得LNG。文章对比了压缩机不同布置方式对液化率的影响,在设计系统中采用气源入口布置压缩机以提高天然气液化率,文中研究了气源压力、温度及流量对透平膨胀流程天然气液化率的影响,发现液化率会随着气源压力和流量的增大而增大,但会随着温度的升高液化率降低。     

低温液体蒸发气再液化系统内BOG动态分析研究

低温液体蒸发气再液化系统漏热引起的储罐内低温液体蒸发气(BOG)蒸发速率和压力有效控制是试验正常进行的关键,通过对储罐内低温液体的热响应分析,建立罐内低温液体和BOG计算模型,对制冷机关闭情况下储罐内压力(BOG压力)和BOG蒸发速率随储存时间的变化过程进行数值计算。结果表明:随着储存时间的增大,储罐内压力升高、压力增长速率加快、BOG蒸发速率减小;液氮和BOG温度升高对储罐内压力升高速率具有显著的影响;制冷机可以实现对罐内压力和BOG量的调节控制。为制冷机控制方案的制定和后续开展低温液体BOG再液化试验研究提供理论基础。     

带压液化天然气流程中二氧化碳晶体析出现象初探

带压液化天然气(PLNG)是在较高压力下(1~2MPa)液化并储存的天然气,对应的液化温度约-100~-120℃。较高的液化温度大大增加了LNG中CO2的溶解度,使得天然气液化流程有可能去掉占地很大的CO2预处理装置。不同条件下带压液化天然气中CO2晶体析出现象的研究是PLNG技术的基础。借助HYSYS软件,初步分析了天然气组分及PLNG储存温度对CO2晶体析出温度和溶解度的影响。结果表明,CO2和乙烷的含量对CO2析出温度有较大的影响,析出温度随着CO2浓度的增大而增大,而随乙烷含量的增大而降低;而氮含量对析出温度的影响较小。此外,随着PLNG储存温度的降低,二氧化碳溶解度也逐渐降低。     

混合工质制冷的液化空气储能系统分析与优化

本文提出了一种采用混合工质制冷的液化空气储能循环,构建了完整的液化空气储能热力系统循环流程以及热力计算分析模型。原料气由单级压缩机驱动的混合制冷机液化,采用丙烷进行预冷,利用遗传算法进行组分优化,开展了设计工况下系统热力学研究。典型工况下,系统的电–电转化效率ηC为43.89%,液化比功耗SPC为0.2306 k Wh·L^-1,系统品质因数FOM为74.64%。研究发现随原料进气压力的增大,ηC和FOM均增大,SPC逐渐减小。与基于Claude液化流程的储能系统进行对比,结果表明本文提出的系统循环性能较优,可为实际工程应用提供参考和依据。     

小型煤层气液化流程优化分析

新疆、陕西、山西等我国很多地区都拥有丰富的煤层气资源,高效的低温液化技术能够显著提高我国煤层气资源的利用率。基于克劳特循环建立了煤层气液化流程,分析了分流膨胀气比例、压缩机出口压力对系统性能参数的影响。结果表明:通过选取合适的分流气比例可使得液化系统性能最优;煤层气中氮含量不会改变上述规律,而氮含量的提升会降低系统性能。进而针对克劳特液化循环液化率低的缺点,提出了用膨胀机代替部分节流阀并且置于低温换热器前的新循环。研究发现在压缩机出口压力低于4 MPa时,低压态新循环的系统性能参数要优于克劳特循环。在系统压缩后压力为3.0 MPa时,低压态新循环的液化率比克劳特循环高25.3%,单位液化功耗降低3.8%;在压缩机出口压力高于4.0 MPa时,高压态新循环的系统性能参数要优于克劳特循环;在压力为5.0 MPa时,高压态新循环液化率高3.33%,单位液化功耗低3.66%。     

小型住宅用空气源热泵制热运行特性实验研究

对小型住宅用空气源热泵系统在使用制热运行时的性能进行实验研究,通过改变室内外干球温度探究热泵系统的冷凝压力、冷凝温度、蒸发压力、蒸发温度对系统功率、制热量、制热系数的影响。结果表明,当系统室外干球温度一定,系统冷凝压力、冷凝温度、系统功率随室内设定干球温度的升高而升高,系统制热量、制热系数随室内设定干球温度的升高而降低,室内干球温度每升高1℃,制热量降低1.62%,制热系数降低1.27%。当系统室内干球温度一定,系统蒸发压力、蒸发温度、系统制热量、制热系数随室外干球温度的升高而升高,系统功率随室外干球温度的升高而降低,室外干球温度每升高1℃,制热量增加1.75%,制热系数增加2.23%。实验结果显示室外干球温度比室内干球温度对系统性能的影响更大。     

恒压型抽水压缩空气储能系统的热力学及经济学多目标优化

为解决可再生能源存在的间歇性和波动性等问题,考虑到现有大规模储能技术的不足,提出了一种兼具抽水蓄能技术和压缩空气储能技术特点的恒压型抽水压缩空气储能系统.首先建立其热力学模型和经济学模型,然后以能量效率和单位能量成本作为目标函数,以水气比、预置压力、增压机压比和增压机效率作为决策变量,分别针对容量为1 MW、2MW、5 MW的系统进行多目标优化。多目标优化结果表明,当水气比约为7、预置压力约为4 MPa、增压机压比约为2、增压机效率较高时,系统具有较高的能量效率和较低的单位能量成本。同时,随着系统容量的增加,单位能量成本明显降低。研究结果可为该系统的工程应用提供理论支撑。     

旋流喷射乏汽回收装置性能的实验研究

针对采用旋流喷射式进水的低温乏汽回收装置的性能进行了实验研究.实验结果表明,引射系数随进水压力和进水温度的升高而降低,随进汽压力的升高而升高,基本不受出水压力的影响;阻力系数随进水压力和进水温度的升高而升高,随着进汽压力的升高而降低.采用旋流喷射进水方式使得装置的加热、引射性能有很大提高,同时使流动的阻力系数增大.     

节流阀后压力变化对液化系统参数的影响

天然气液化系统的工作参数主要是借助节流阀来调节的。针对丙烷预冷混合制冷剂循环,借助过程模拟软件HYSYS,计算了液化系统各节点的状态参数。在天然气进口状态不变的情况下,以节流阀后压力为自变量,对预冷循环流程、混合制冷循环流程、天然气液化流程三部分进行了稳态分析。结果表明:预冷节流阀的调节可以控制预冷循环与主冷循环分别承担的负荷,随着预冷节流阀后压力的升高,预冷压缩机功耗降低,主冷压缩机功耗升高;升高主冷循环中节流阀后压力可降低主冷功耗。在主冷制冷循环中,一级节流与二级节流之间温度与阀后压力有关,二级节流后温度存在极值点。当天然气出口节流阀后压力升高时,液化率也会升高。     

小型高真空多层绝热杜瓦日蒸发率性能研究

日蒸发率是评价高真空多层绝热杜瓦保冷性能最重要的技术参数。该文对日蒸发率的影响因素进行了总结,重点介绍了储存压力和环境温度对日蒸发率的影响。以充满率为90%的210L小型杜瓦为例,测试了日蒸发率的变化规律。结果表明,杜瓦的日蒸发率与储存压力成正比,同时日蒸发率的波动随着储存压力的升高而增大,且环境温度对日蒸发率的影响出现延迟。     

低温液体BOG再液化系统压力及蒸发率试验研究

为研究低温液体吸热产生蒸发气(Boil-Off Gas,BOG)的动态过程,寻求合理调控低温液体压力和温度的方法,搭建了一套低温液体BOG再液化试验系统。以液氮为工质对120L高真空变密度多层绝热储罐进行了压力、温度及蒸发率测试试验,分析了以上参数与时间的变化规律,计算了储罐静态蒸发率与漏热量。结果表明:储罐压力随时间增加而逐渐上升,在480min之前压力上升速率较快,为10.9Pa/s,之后上升速率逐渐减小。从液相到气相的温度依次升高,液相内部的温度相差较小,约为1.2℃;随时间的增加,液相和气液分界面的温度逐渐升高,气相的温度逐渐降低,480min后达到相对稳定的状态。初始充装率为0.7时,自然蒸发的BOG流量随时间增加逐渐减小;经计算,储罐静态蒸发率为2.04%/d,漏热量为4.1W。试验结果为后续开展低温液体BOG再液化研究提供了相关依据。     

甲烷二氧化碳重整热化学储能实验研究

实验研究固定床反应器内CH_4-CO_2重整热化学储能过程,揭示加热温度、反应物流量及CH_4/CO_2摩尔比等参数对热化学储能过程的影响机制。实验结果显示:反应器内部轴向与径向均存在较大温度差;提高加热温度能够提高甲烷转化率和化学储能效率,但反应温度升高会导致反应器轴向温差变大,对反应器稳定运行不利;随着反应物流速的增大,甲烷转化率降低,化学储能效率先增后减存在极大值;提高CO_2含量有利于提高甲烷转化率,但会导致化学储能效率的降低。     

带膨胀机液化流程优化及膨胀机关键运行参数研究分析

带膨胀机液化流程由于流程简单、安全性高等优点,在小型边际气田以及FPSO-LNG具有广阔的市场前景。对传统氮气膨胀液化流程进行创新与优化,以提高能量利用效率,是液化流程研究的关键点。采用HYSYS软件以比功耗作为目标函数,对不同带膨胀机液化流程中膨胀机的关键运行参数进行优化研究,给出不同膨胀机液化流程中膨胀机的关键运行参数对流程性能的影响。研究结果表明,在换热器压力承受范围内提高膨胀机的出口压力对于降低能耗具有显著作用,合理选取双循环膨胀流程中的制冷剂有益于节能。     

基于压力变化的低温储罐日蒸发率研究

通过进行低温储罐静置试验,研究不同液位条件下罐内压力随时间的变化,根据低温介质物性方程和储罐容积公式,计算得到不同液位条件下储罐日蒸发率。结果表明,静置过程中罐内压力随时间呈线性变化,压力上升速率随液位降低而逐渐增加。日蒸发率随时间动态变化,储罐液位越低日蒸发率越大。当储罐液位从85%降低至12%时,压力上升速率变为原来的3倍,日蒸发率增加40多倍。储罐低液位存储时,压力上升速度明显增加,无损储存时间大幅减小,不利于液氮的长期静置存储。     

LNG动力船BOG处理方案探讨

由于国际上严格限定船舶硫排放新规即将实施,液化天然气(LNG)动力船舶的发展迎来重大机遇。但甲烷本身是一种温室气体,LNG动力船储罐以及系统其他部件产生的闪蒸气(BOG)不应直接向大气中排放。针对上述情况,结合供气系统实例,提出一种处理LNG动力船BOG的方案——利用LNG自身外输冷能结合氮膨胀循环进行BOG再液化,并采用ASPENHYSYS对整个BOG处理流程进行模拟。结果表明,该再液化流程对储罐内压力与LNG组分有很大的响应,储罐压力越大,甲烷含量越少,比功耗相对也越大;同时BOG液化率也随着储罐压力的升高而不断减小,并且甲烷含量越低,液化率下降越快。经过对比,对进入换热器前的BOG进行预冷能有效降低能耗,并且本再液化流程从功耗方面明显优于其他船用氮膨胀再液化循环。