二氧化碳壓縮機在儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用

發(fā)布時間：2024-06-14

二氧化碳儲能（CCES），是一種氣液互轉(zhuǎn)、兩態(tài)協(xié)同儲能技術(shù)，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(chǎn)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(qū)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(yīng)速度更快，通常其可用分鐘級來衡量。同時，CCES系統(tǒng)規(guī)?？梢詾閹资叩綆装僬淄撸`活性較高?；贑CES系統(tǒng)響應(yīng)速度快、靈活性高的特點通常適用于以下應(yīng)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(guān)鍵設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響著系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。其中活塞式壓縮機是應(yīng)用最廣泛的往復(fù)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(jié)構(gòu)特點，應(yīng)用領(lǐng)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(biāo)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(jīng)過濾清器、氣閥、冷卻器、管道等一系列阻力元件，從而產(chǎn)生流動阻力造成壓力損失，其中產(chǎn)生的壓力損失以經(jīng)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(dǎo)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(dǎo)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(nèi)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(shè)計。在進、排氣管道設(shè)計過程中應(yīng)盡量使得管道內(nèi)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(shè)計方面，應(yīng)選擇合適的氣閥參數(shù)（氣閥升程、彈簧剛度、氣閥質(zhì)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(jié)構(gòu)，避免缸體和活塞間存在泄漏縫隙。除此之外，還應(yīng)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型壓力和大規(guī)模清潔物理儲能技術(shù)應(yīng)用的緊迫需求，二氧化碳儲能(CCES)技術(shù)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(shù)。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)?；⒍鄳?yīng)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(wǎng)絡(luò)提供重要解決方案。
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