Für diese beiden großen Energiespeichersysteme wurde mit Hilfe der Software ASPEN PLUS ein thermodynamisches physikalisches Modell erstellt, mit dessen Hilfe die Thermodynamik und die Sensibilität der Schlüsselparameter untersucht und analysiert wurden.
Energiespeicherung mit Druckluft ist derzeit eine der effektivsten Technologien für die Energiespeicherung in großem Maßstab. Was die Druckluftspeichertechnologie betrifft, so ist die herkömmliche Druckluftspeichertechnologie relativ ausgereift, aber es gibt Probleme wie die Abhängigkeit von großen Luftspeicherkammern und fossilen Brennstoffen.
Speicherung erneuerbarer Energien ist in der Regel intermittierend und unbeständig, so dass die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen nur schwer direkt an das Netz angeschlossen werden kann, was eine Gefahr für die Stromqualität und die Sicherheit des Netzes darstellt. Daher gab es eine große Anzahl von "Wind- und Lichtabschaltungen" und die Entwicklung neuer Energien.
Das Anwendungspotenzial ist stark geschwächt, und der Aufbau groß angelegter fortschrittlicher Energiespeichersysteme ist eine der effektivsten Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen.
Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Elektrizität: Unter adiabatischen Bedingungen ist der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Elektrizität bei den beiden wichtigsten Energiespeichersystemen aufgrund des hohen Energieverbrauchs während des Ladevorgangs niedriger als 55%. Batterieaufladung und Entladungsprozess. Im Vergleich zur Energiespeicherung in flüssiger Luft ist die Energiespeichereffizienz von flüssigem CO₂ hoch.
In Bezug auf die Systemreife: Flüssigluft-Energiespeicher wurden bereits in der Technik eingesetzt, während sich die Flüssig-CO₂-Energiespeicherung noch im Forschungsstadium befindet und noch nicht in der Technik eingesetzt wurde. Was die Investitionskosten betrifft, so sind die Investitionskosten pro Kilowatt für die Energiespeicherung von flüssigem CO₂ etwa 40% höher als für die Energiespeicherung von flüssiger Luft.
Die Verluste des Flüssigluft-Energiespeichersystems treten hauptsächlich im Kompressor und im Wärme- und Kältespeicher auf und machen 45,02% bzw. 37,61% aus. Die Verluste des Flüssig-CO₂-Energiespeichersystems treten hauptsächlich im Niedertemperatur-Expander, im Kompressor und im Kälte- und Wärmespeicher auf und belaufen sich auf 26,99%, 23,88% bzw. 30,41%.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die derzeitige Flüssigluft-Energiespeicherung hauptsächlich die Auswirkungen von Anwendungsszenarien in Verbindung mit externen Kältequellen oder organischen Rankine-Cycle-Systemen auf Schlüsselparameter wie die Effizienz der Energiespeicherung untersucht. Flüssige CO₂-Energiespeicher, die mit industriellen Abwärmequellen oder Solarwärmequellen gekoppelt sind, haben einen negativen Einfluss auf das System. Einfluss der Energiespeicherparameter.
Es wurden jedoch keine einschlägigen Forschungsarbeiten zum Vergleich der Leistung von Flüssigluft- und Flüssig-CO₂-Energiespeichern unter adiabatischen Bedingungen gefunden.
Als Forschungsobjekte werden nun das Energiespeichersystem für flüssige Luft und das Energiespeichersystem für flüssiges CO₂ betrachtet. Zum einen werden die beiden Prozesssysteme und zum anderen werden mit Hilfe der Analyse die Verluste der wichtigsten Geräte des Systems auf der Grundlage der Unterschiede in den physikalischen Parametern des zirkulierenden Arbeitsmediums berechnet.
Gleichzeitig werden die beiden sensiblen Parameter des isentropen Wirkungsgrades der Anlagenausrüstung und der Energienutzungsgrad der Wärme- und Kältespeicher analysiert. Der Einfluss des elektrischen Umwandlungswirkungsgrades und der Energiespeicherdichte sowie eine vergleichende Erläuterung der Investitionskosten und der Nutzfläche. Hier finden Sie mehr über Balkon Energiespeicher.
1. Herstellungsverfahren
Flüssige Luft Energiespeichertechnologien sind ausgereift und haben sich in Projekten im Megawattbereich bewährt.
Prozess der Energiespeicherung: Die Luft wird in mehreren Stufen komprimiert und zwischen den Stufen gekühlt. Die durch die Verdichtung erzeugte Wärme wird im Wärmespeicher durch das Wärmeträgermedium Öl gespeichert. Die komprimierte Luft befindet sich in einem Zustand normaler Temperatur und hohen Drucks und tritt in den Niedertemperatur-Expander ein, um sich auszudehnen und abzukühlen.
Das Gas mit normaler Temperatur und hohem Druck wird in Gas mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck umgewandelt und dann im Kältespeicher tief abgekühlt, um die Luft in einen reinen Flüssigkeitszustand abzukühlen und im Flüssigkeitsspeicher zu speichern.
Prozess der Energiefreisetzung: Die flüssige Luft wird durch die Druckerhöhungspumpe für Flüssigkeiten gefördert und in einen Zustand niedriger Temperatur und hohen Drucks versetzt. Anschließend nimmt sie über den Kältespeicher und die elektrische Heizung Wärme auf, um die flüssige Luft in gasförmige Luft mit normaler Temperatur und hohem Druck umzuwandeln.
Die gasförmige Luft mit normaler Temperatur und hohem Druck nimmt Wärme aus dem Wärmespeicher auf. Die hochwertige Wärme erhöht die Temperatur der gasförmigen Luft und wird in gasförmige Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck umgewandelt und zur Stromerzeugung in den Expander der ersten Stufe geleitet.
Das Abgas des Expanders der ersten Stufe wird durch die Wärme im Wärmespeicher erhitzt und zur Stromerzeugung zum Expander der zweiten Stufe geleitet. Zur Stromerzeugung wird das Abgas des Expanders der zweiten Stufe durch die Wärme im Wärmespeicher wieder aufgeheizt und zur Stromerzeugung an den Expander der letzten Stufe weitergeleitet. Das Abgas aus dem Expander der letzten Stufe wird direkt in die Atmosphäre abgeleitet.
Die Flüssig-CO₂-Energiespeichertechnologie befindet sich noch im Forschungsstadium und hat noch keine technischen Demonstrationen im Megawattbereich durchgeführt.
Energiespeichersystem: Der #1-Speicher für flüssiges CO₂ wird durch das Drosselventil drucklos gemacht und entspannt und durch die Wärme im Gerät erhitzt. Es wird in gasförmiges CO₂ mit normaler Temperatur umgewandelt und zur Verdichtung an den Kompressor der ersten Stufe weitergeleitet. Das Abgas des Kompressors der ersten Stufe wird gekühlt und an den Kompressor der zweiten Stufe weitergeleitet.
Nach der internen Verdichtung wird der Auslass des sekundären Verdichters abgekühlt und zur Expansion und Bearbeitung an den Niedertemperatur-Expander weitergeleitet. Das Abgas wird durch das Drosselventil weiter dekomprimiert, um einen flüssigen Zustand zu erreichen und im #2-Flüssig-CO₂-Speichertank gespeichert zu werden.
Energiefreisetzungsstufe: #2 Das flüssige CO₂ im Flüssig-CO₂-Speicher wird durch eine Flüssigkeitspumpe gefördert und nimmt im Wärmetauscher Wärme auf, um eine normale Temperatur und einen hohen Druck zu erreichen. Anschließend wird es durch eine hochwertige Wärmequelle im Wärmespeicher erhitzt und zum Expander der ersten Stufe geleitet.
Das Abgas aus dem Primärexpander wird durch die Wärme im Wärmespeicher erhitzt und zum Sekundärexpander geleitet, um Strom zu erzeugen. Das Abgas aus dem Sekundärexpander wird durch den Kühler gekühlt, dann in Flüssigkeit umgewandelt und im Flüssig-CO₂-Speicher gespeichert.
2. physikalisches Modell
Verwenden Sie die Software ASPEN PLUS, um die physikalische Modellierung von Flüssigluft- und Flüssig-CO₂-Energiespeichersystemen durchzuführen, und wählen Sie geeignete physikalische Modelle aus, um die wichtigsten Geräte wie Kompressoren, Wärmetauscher, Expander, Drosselventile und Speichergeräte anzupassen und einzustellen. Der Fluss des Arbeitsmittels im gesamten System fließt durch jedes Gerät in der Reihenfolge der Pfeilrichtung im physikalischen Modell.
Um die wichtigsten Leistungsparameter von Flüssigluft- und Flüssig-CO₂-Energiespeichersystemen zu analysieren und zu vergleichen, ist es notwendig, die Randparameter jedes Systems festzulegen. Druck- und Temperaturverluste in den Rohrleitungen werden bei der Systemberechnung nicht berücksichtigt.
3.Schlussfolgerung
Es wurde eine vergleichende Studie über das Energiespeichersystem mit flüssiger Luft und das Energiespeichersystem mit flüssigem CO₂ durchgeführt. Durch die Erstellung mathematischer und physikalischer Modelle wurden zum einen die Unterschiede in den physikalischen Parametern der beiden Prozesssysteme und der zirkulierenden Arbeitsmedien vergleichend analysiert.
Andererseits wurde mit Hilfe der Analyse die Hauptausrüstung des Systems untersucht. Es wurden Verlustberechnungen durchgeführt und die Auswirkungen der beiden sensiblen Parameter isentroper Wirkungsgrad und Energienutzungsgrad der Systemausrüstung auf den Wirkungsgrad der Umwandlung von Strom in Elektrizität und die Energiespeicherdichte der beiden großen Energiespeichersysteme analysiert sowie die Investitionskosten und die Nutzfläche verglichen. Die spezifischen Schlussfolgerungen lauten wie folgt.
- Das zirkulierende Arbeitsmedium des Flüssigluft-Energiespeichersystems ist Luft. Der kritische Punkt von Luft ist: 3,7 MPa, -145°C. Die Temperatur des kritischen Punkts ist niedrig, und die für die Gas-Flüssig-Umwandlung erforderliche Energie ist groß, was die Gas-Flüssig-Umwandlung erschwert. . Die zirkulierende Arbeitsflüssigkeit des flüssigen CO₂-Energiespeichersystems ist CO₂, und der kritische Punkt von CO₂ ist: 7,4 MPa, 30°C. Im Vergleich zu Luft kann CO₂ leicht in Gas und Flüssigkeit umgewandelt werden.
- Die Verluste des Flüssigluft-Energiespeichersystems treten hauptsächlich im Kompressor sowie im Wärme- und Kältespeicher auf und machen 45,02% bzw. 37,61% aus. Die Verluste des Flüssig-CO₂-Energiespeichersystems treten hauptsächlich im Niedertemperatur-Expander, im Kompressor und in den Wärme- und Kältespeichern auf und belaufen sich auf 26,99%, 23,88% und 30,41%.
- Je höher der isentrope Wirkungsgrad der Hauptausrüstung des Systems ist, desto höher ist der Wirkungsgrad der Umwandlung von Strom in Elektrizität und desto größer ist die Energiespeicherdichte. System-Energienutzungsgrad, d. h. je höher der Energienutzungsgrad des Wärme- und Kältespeichers ist, desto höher ist der System-Wandlungswirkungsgrad von Strom in Elektrizität und desto größer ist die Energiespeicherdichte. Im Vergleich zum isentropen Wirkungsgrad der Anlage hat der Systemnutzungsgrad einen größeren Einfluss auf den Wirkungsgrad der Umwandlung von Strom in Elektrizität und die Energiespeicherdichte.
- Was den Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Elektrizität betrifft, so verbrauchen die beiden großen Energiespeichersysteme unter adiabatischen Bedingungen eine große Menge an Energie während der Energiespeicherung und -abgabe, so dass der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Elektrizität niedriger ist als bei 55%. Verglichen mit Flüssigluft-Energiespeicher System ist das Flüssig-CO₂-Energiespeichersystem hocheffizient. In Bezug auf die Systemreife wurde die Flüssigluft-Energiespeicherung in der Technik eingesetzt, während die Hauptausrüstung, die im Flüssig-CO₂-Energiespeichersystem verwendet wird, sich noch in der Forschungsphase befindet und noch nicht in der Technik eingesetzt wurde. Was die Investitionskosten betrifft, so sind die Investitionskosten pro Kilowatt des Flüssig-CO₂-Energiespeichersystems etwa 40% höher als die des Flüssigluft-Energiespeichersystems.
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