二氧化碳壓縮機在儲能系統(tǒng)中的應用

發(fā)布時間：2024-06-14

二氧化碳儲能（CCES），是一種氣液互轉、兩態(tài)協(xié)同儲能技術，其基本原理是在用電低谷期，利用余電將常溫常壓的二氧化碳氣體壓縮為液體，并將壓縮過程中產生的熱能儲存起來；在用電高峰期，利用存儲的熱能加熱液態(tài)二氧化碳至氣態(tài)，驅動透平發(fā)電。
由于CO2在釋放儲存能量時膨脹速度較快，因此與CAES（空氣儲能）系統(tǒng)相比CCES系統(tǒng)的響應速度更快，通常其可用分鐘級來衡量。同時，CCES系統(tǒng)規(guī)模可以為幾十千瓦到幾百兆瓦，靈活性較高?；贑CES系統(tǒng)響應速度快、靈活性高的特點通常適用于以下應用場景。
CCES系統(tǒng)主要由二氧化碳儲罐、壓縮機、透平、蓄熱蓄冷子系統(tǒng)組成。二氧化碳壓縮機作為系統(tǒng)儲能階段中的關鍵設備，其性能的優(yōu)劣直接影響著系統(tǒng)的轉換效率。其中活塞式壓縮機是應用最廣泛的往復式壓縮機；對比各類壓縮機的特點與適用范圍可得：活塞式壓縮機適用于高壓力、中小流量以及較小排氣量的壓縮需求。二氧化碳活塞式壓縮機因其結構特點，應用領域廣泛，更加適用于儲能系統(tǒng)和工業(yè)制冷。
CCES系統(tǒng)中活塞式壓縮機存在的問題及措施
針對儲能系統(tǒng)來說，對壓縮機效率的評價指標主要采用壓縮機的絕熱效率。壓縮機作為CO2儲能系統(tǒng)中的重要部件之一，其絕熱效率的大小直接影響著整個儲能系統(tǒng)的循環(huán)效率。
壓力損失對絕熱效率有影響。氣體在進入或排出氣缸前后，需經過濾清器、氣閥、冷卻器、管道等一系列阻力元件，從而產生流動阻力造成壓力損失，其中產生的壓力損失以經過氣閥阻力元件為主。在氣體進入和排出氣缸時，氣體需要克服氣閥彈簧力及閥片慣性力，這會導致其實際進出氣壓力分別低于和高于名義進出氣壓力。這種情況會導致壓縮機實際指示功率變大，從而影響其絕熱效率。
氣體泄漏對絕熱效率有影響。進、排氣閥密封不好，活塞環(huán)、填函的密封性能不佳等都會引起氣缸內氣體向外泄漏或由相鄰高壓級向低壓級氣缸泄露。由于氣體泄漏的影響，壓縮機實際排出的氣體量減小，氣缸利用率降低，功率損耗增加，絕熱效率減小。
措施：優(yōu)化進、排氣管道與氣閥設計。在進、排氣管道設計過程中應盡量使得管道內壁光滑，同時保證壓縮機在工作時管道不曲折，減少阻力損失。在氣閥設計方面，應選擇合適的氣閥參數（氣閥升程、彈簧剛度、氣閥質量以及閥口面積等）與氣體力相匹配。針對氣體泄漏問題，可提高氣缸、活塞環(huán)等元件的加工精度，合理優(yōu)化活塞和缸體的幾何結構，避免缸體和活塞間存在泄漏縫隙。除此之外，還應采用多道活塞環(huán)以起到多次節(jié)流的作用，增強壓縮機的密封性，減少泄漏。
面對全球能源結構轉型壓力和大規(guī)模清潔物理儲能技術應用的緊迫需求，二氧化碳儲能(CCES)技術是一種具備長時間、穩(wěn)定、高效儲能特性且行業(yè)吸引性高的新型清潔物理儲能技術。隨著不斷研究與創(chuàng)新，二氧化碳儲能必將朝著高性能、低成本、規(guī)?；?、多應用場景的方向發(fā)展，從而為未來以可再生能源為主的能源體系和多能源協(xié)同互補網絡提供重要解決方案。
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