韓中合，龐永超

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儲(chǔ)氣室熱力學(xué)特性對(duì)AA-CAES性能的影響

韓中合，龐永超

（華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定 071003）

儲(chǔ)氣室是先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（AA-CAES）中主要的儲(chǔ)氣裝置，其特性對(duì)儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣的溫度和壓力變化有重要影響。為了更加準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)運(yùn)行過程中儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣的熱力變化過程并探究?jī)?chǔ)氣室熱力學(xué)特性對(duì)系統(tǒng)性能參數(shù)的影響，本文建立壁面溫度恒定的非絕熱儲(chǔ)氣室模型，聯(lián)合系統(tǒng)其他部件模型，求解AA-CAES系統(tǒng)熱力學(xué)模型。分析模型求解結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)下，儲(chǔ)能效率為0.5839，儲(chǔ)能密度為1.5954 kW·h/m3，在運(yùn)行過程中儲(chǔ)氣室整體表現(xiàn)為對(duì)外放熱；絕熱模型下系統(tǒng)儲(chǔ)能效率最高，恒溫模型下系統(tǒng)儲(chǔ)能密度最大，在實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)性能參數(shù)較低，因此儲(chǔ)氣室熱力特性有待優(yōu)化；提高儲(chǔ)能和釋能功率可以使儲(chǔ)能效率提升，其中儲(chǔ)能功率變化對(duì)儲(chǔ)能效率的影響更大。

先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)；儲(chǔ)氣室；對(duì)流換熱系數(shù)；儲(chǔ)能效率

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)能源的依賴程度不斷提高，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的開發(fā)和利用已經(jīng)引起高度關(guān)注。在2000—2010十年間，世界范圍內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量約以每年28%的均速增加，截至到2014年末，全球風(fēng)電總裝機(jī)容量約為369.553GW[1-2]。但由于可再生能源具有間歇性與不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定產(chǎn)生影響，因此棄風(fēng)、棄光限電現(xiàn)象較為嚴(yán)重[3]。棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象造成大量可再生能源的浪費(fèi)，使可再生能源的利用率降低，同時(shí)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)⒉▌?dòng)性、間歇性較強(qiáng)的新能源電力“拼接”起來(lái)，因此成為工程與學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)[4]。

AA-CAES是一種利用壓縮空氣存儲(chǔ)能量的技術(shù)，具有儲(chǔ)能容量大、安全系數(shù)高、響應(yīng)速度快、循環(huán)效率高等優(yōu)點(diǎn)[5]。儲(chǔ)氣室作為存儲(chǔ)高壓空氣的主要設(shè)備，其熱力學(xué)性能對(duì)AA-CAES有重要影響。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)儲(chǔ)氣室模型進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[6]提出4種儲(chǔ)氣室模型，并分析在不同模型下儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。但4種模型中假設(shè)儲(chǔ)氣室壁面絕熱或儲(chǔ)氣室內(nèi)溫度恒定，這與實(shí)際情況存在偏差。為了研究系統(tǒng)運(yùn)行過程中儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度和壓力的變化情況，文獻(xiàn)[7-9]基于能量和質(zhì)量守恒定律，建立了數(shù)值求解模型和近似解析計(jì)算模型，并且將計(jì)算結(jié)果與 Huntorf 電站實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以此驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。上述文獻(xiàn)對(duì)孤立的儲(chǔ)氣室模型進(jìn)行了詳細(xì)研究，得到了儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度和壓力的變化規(guī)律?；趦?chǔ)氣室模型的研究成果，本文主要研究?jī)?chǔ)氣室熱力學(xué)特性對(duì)AA-CAES系統(tǒng)性能的影響，為儲(chǔ)氣室的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供 參考。

1 儲(chǔ)氣室熱力學(xué)模型分析

儲(chǔ)氣室是AA-CAES系統(tǒng)中主要的儲(chǔ)氣裝置，其熱力學(xué)模型的建立對(duì)儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度、壓力等參數(shù)的計(jì)算有較大影響，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)儲(chǔ)能效率、儲(chǔ)能密度等性能參數(shù)產(chǎn)生影響。儲(chǔ)氣裝置多為地下儲(chǔ)氣室或人工儲(chǔ)氣鋼瓶，對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能的AA-CAES系統(tǒng)，可以選取天然或人工開鑿的鹽洞、天然氣田、地下蓄水層和廢棄的礦洞作為儲(chǔ)氣室。

一般情況下，儲(chǔ)氣室為恒容且非絕熱的，其內(nèi)部空氣的熱力狀態(tài)變化過程可以分為3個(gè)階段：儲(chǔ)能階段、儲(chǔ)釋能間隔階段、釋能階段。在不同階段，由于空氣流入、流出以及空氣與儲(chǔ)氣室壁面的換熱，空氣狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。為了簡(jiǎn)化模型，進(jìn)行如下假設(shè)[9]：①空氣視為理想氣體，變化過程滿足理想氣體狀態(tài)方程；②忽略儲(chǔ)氣室在系統(tǒng)運(yùn)行過程中的漏氣；③儲(chǔ)氣室壁面溫度恒定。

為了研究系統(tǒng)運(yùn)行過程中儲(chǔ)氣室的熱力特性，取儲(chǔ)氣室空間為控制體CV（如圖1）。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由熱力學(xué)第一定律可得：

式中，為儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣與壁面換熱量；dCV為儲(chǔ)氣室空氣熱力學(xué)能變化；inout為進(jìn)、出儲(chǔ)氣室空氣焓值；min、mout為進(jìn)、出儲(chǔ)氣室的空氣質(zhì)量；為儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣與環(huán)境交換的功量。

在儲(chǔ)能階段，沒有空氣流出儲(chǔ)氣室，儲(chǔ)氣室與外部亦無(wú)功量交換，即mout與均為0，則式(1)可簡(jiǎn)化為式(2)。

式中，為儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣質(zhì)量，kg；為儲(chǔ)氣室內(nèi)單位質(zhì)量空氣熱力學(xué)能，J/kg；in為儲(chǔ)氣室入口空氣焓值，J/kg；為儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣與壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；為儲(chǔ)氣室表面積，m2；rw為儲(chǔ)氣室壁面溫度，K；為儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度，K。

對(duì)流換熱系數(shù)可由式(3)求得[8]。

(4)

式中，eff為有效換熱系數(shù)，W/(m3K)；為儲(chǔ)氣室體積，m3；in、out為儲(chǔ)氣室進(jìn)出口空氣流量，kg/s。

以環(huán)境溫度0時(shí)空氣焓值為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)于理想氣體有如下關(guān)系[6]，見式(5)～(7)。

(6)

(7)

式中，c為定壓比熱容，J/(kg·K)；c為定容比熱容，J/(kg·K)；g為空氣氣體常數(shù)；0為環(huán)境溫 度，K。

將式(5)、式(6)和式(7)代入式(2)可得儲(chǔ)能階段儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力隨時(shí)間變化情況，如式(8)。

式中，為儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣壓力；in為儲(chǔ)氣室入口空氣溫度，K。

式(7)兩邊同除以d可得式(9)。

將式(9)代入式(8)，可得儲(chǔ)能階段儲(chǔ)氣室內(nèi)溫度隨時(shí)間變化情況，見式(10)。

(10)

在儲(chǔ)釋能間隔階段，設(shè)持續(xù)時(shí)間為Δ，在此時(shí)間段內(nèi)壓氣機(jī)與膨脹機(jī)均不工作，但由于儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣與壁面的換熱，仍需考慮溫度、壓力變化情況。式(2)可簡(jiǎn)化為式(11)。

與儲(chǔ)能階段相似，儲(chǔ)釋能間隔階段儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力、溫度與時(shí)間的關(guān)系如式(12) 、(13)。

(12)

釋能階段，儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力、溫度與時(shí)間的關(guān)系如式(14)、(15)。

(14)

2 實(shí)例分析

以上述儲(chǔ)氣室模型為基礎(chǔ)，為了分析儲(chǔ)氣室熱力學(xué)特性對(duì)AA-CAES性能的影響，參考Huntorf電站主要運(yùn)行參數(shù)對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行求解[10]。

以表1參數(shù)為例，結(jié)合分析得到的儲(chǔ)氣室熱力學(xué)模型，求解AA-CAES系統(tǒng)中壓氣機(jī)、膨脹機(jī)、蓄熱系統(tǒng)、儲(chǔ)氣室等主要設(shè)備的熱力學(xué)模型，可得系統(tǒng)主要性能指標(biāo)如表2所示。AA-CAES系統(tǒng)儲(chǔ)能效率為0.5839，蓄熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱效率為0.6104。儲(chǔ)氣室設(shè)計(jì)壓力為4.3～6.6MPa時(shí)，儲(chǔ)能密度為1.5954kW·h/m3。在運(yùn)行過程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)溫度和壓力變化情況如圖2所示。

儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度和壓力的變化情況可以分為3個(gè)階段：儲(chǔ)能階段、儲(chǔ)釋能間隔階段和釋能階段。在儲(chǔ)能階段，空氣的溫度和壓力均升高，其中空氣壓力近似呈線性升高，溫度升高但趨勢(shì)逐漸變緩。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程g，儲(chǔ)氣室內(nèi)的空氣質(zhì)量近似呈線性增長(zhǎng)，空氣溫度變化不大，儲(chǔ)氣體積維持不變，因此在儲(chǔ)能階段空氣壓力跟隨質(zhì)量近似呈線性增加。通過計(jì)算可得，儲(chǔ)氣室進(jìn)口空氣溫度由385.1K逐漸升高到401.6K，均高于儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣初始溫度323K，隨著高壓高溫空氣的進(jìn)入，儲(chǔ)氣室內(nèi)的溫度逐漸升高。同時(shí)由于空氣與儲(chǔ)氣室壁面的溫差增大，空氣對(duì)外放熱的熱流量逐漸增大，導(dǎo)致溫度升高的趨勢(shì)逐漸變緩。在儲(chǔ)釋能間隔階段，由于空氣溫度高于儲(chǔ)氣室壁面溫度，空氣向壁面放熱，因此空氣溫度和壓力略有下降。在釋能階段，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣進(jìn)入膨脹機(jī)做功，空氣質(zhì)量迅速降低，導(dǎo)致壓力和溫度也迅速降低。在結(jié)束時(shí)刻，空氣壓力恢復(fù)到初始值，溫度低于初始值。

表1 AA-CAES設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 AA-CAES系統(tǒng)性能指標(biāo)

在運(yùn)行過程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣與壁面的換熱情況如圖3所示。初始時(shí)刻，空氣溫度與壁面溫度相同，熱流量為0。隨著空氣流入，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度逐漸升高，與壁面的溫差逐漸增大，空氣與儲(chǔ)氣室壁面的熱流量逐漸增大，在儲(chǔ)能結(jié)束時(shí)刻，熱流量最大。在儲(chǔ)釋能間隔階段，由于沒有空氣進(jìn)出，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣流速降低，導(dǎo)致對(duì)流換熱系數(shù)減小，因此對(duì)外放熱的熱流量也迅速降低。并且，隨著空氣溫度的降低，與壁面的溫差減小，也會(huì)導(dǎo)致熱流量降低。在釋能階段，空氣流量迅速增大，對(duì)流換熱系數(shù)也迅速增大，熱流量隨之增大。但隨著儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度的降低，熱流量逐漸下降，當(dāng)空氣溫度降到壁面溫度以下時(shí)，儲(chǔ)氣室由放熱狀態(tài)變?yōu)槲鼰釥顟B(tài)。

3 結(jié)果與討論

儲(chǔ)氣室熱力學(xué)模型能夠準(zhǔn)確描述儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度和壓力的變化情況[7-8]，通過分析影響儲(chǔ)氣室特性的因素，可以進(jìn)一步研究?jī)?chǔ)氣室熱力學(xué)特性對(duì)AA-CAES系統(tǒng)的影響。

3.1 對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)AA-CAES性能的影響

對(duì)流換熱系數(shù)是影響儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣與壁面換熱的主要因素，在以往的研究中，通常假設(shè)儲(chǔ)氣室壁面絕熱（=0）或儲(chǔ)氣室內(nèi)溫度恒定（=∞）。在實(shí)際情況中，壁面是非絕熱的，空氣與壁面按照一定的對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行熱量傳遞。為了分析儲(chǔ)氣室壁面?zhèn)鳠崮芰?duì)系統(tǒng)性能的影響，通過改變的大小，得到系統(tǒng)性能隨的變化情況。

圖4、圖5表示在不同對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度和壓力變化情況。當(dāng)壁面處于絕熱狀態(tài)（=0）時(shí)空氣與壁面不進(jìn)行熱量交換。因此在儲(chǔ)能階段，空氣溫度和壓力上升最快，近似呈線性變化。在儲(chǔ)釋能間隔階段，空氣壓力和溫度保持不變，此階段的儲(chǔ)氣室與外界沒有能量和質(zhì)量交換。在釋能階段，絕熱模型下空氣溫度和壓力線性下降。此外，在運(yùn)行結(jié)束時(shí)刻，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣壓力恢復(fù)到初始?jí)毫?，而空氣溫度高于初始溫度?/p>

在恒溫模型（=∞）下，儲(chǔ)氣室內(nèi)溫度在各個(gè)階段保持不變，空氣與壁面換熱良好。此時(shí)儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力升高速度最慢，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)。在儲(chǔ)釋能間隔階段，由于空氣溫度與壁面溫度相等，沒有熱量傳遞，所以空氣壓力保持不變。

對(duì)于空氣與壁面按照一定的對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行熱量傳遞的情況，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度和壓力的變化隨的增大表現(xiàn)出漸變規(guī)律。在儲(chǔ)能階段，隨著增大，空氣與壁面的換熱效果增強(qiáng)，空氣溫度上升的速度逐漸變緩，當(dāng)足夠大時(shí)，儲(chǔ)能階段后期空氣溫度趨于平穩(wěn)。同時(shí)，隨著增大空氣壓力升高速度逐漸降低，壓力升高到設(shè)計(jì)最高壓力的時(shí)間也逐漸增加。在儲(chǔ)釋能間隔階段，由于向壁面釋放熱量，空氣壓力和溫度會(huì)略有降低。并且越大間隔階段結(jié)束時(shí)刻空氣溫度越接近儲(chǔ)氣室壁面溫度。與實(shí)際模型相比，由于忽略空氣流速對(duì)換熱系數(shù)的影響，導(dǎo)致溫度和壓力變化存在微小的偏差。在釋能階段，空氣溫度均降低，這是因?yàn)閮?chǔ)氣室內(nèi)空氣質(zhì)量減少，壓力降低，導(dǎo)致空氣膨脹降溫。但當(dāng)溫度低于壁面溫度323K時(shí)，隨著增大，溫度降低的速率逐漸變緩，這是由于壁面向空氣傳遞熱量，空氣由原來(lái)的放熱狀態(tài)變?yōu)槲鼰釥顟B(tài)。

對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)系統(tǒng)儲(chǔ)能效率和儲(chǔ)能密度的影響如圖6所示。絕熱模型下系統(tǒng)儲(chǔ)能效率最高，可以達(dá)到0.69。在從0增大到26 W/(m2·K)的過程中，儲(chǔ)能效率迅速下降，最低為0.54。隨著進(jìn)一步增大，儲(chǔ)能效率逐漸上升然后趨于穩(wěn)定值0.626。對(duì)流換熱系數(shù)的大小也會(huì)對(duì)儲(chǔ)能密度造成影響。在絕熱模型下，儲(chǔ)能密度較低，為1.594 kW·h/m3，隨著對(duì)流換熱系數(shù)的增大，儲(chǔ)能密度略有下降，當(dāng)大于6W/(m2·K)時(shí)，儲(chǔ)能密度開始升高，最終趨于穩(wěn)定值2.47kW·h/m3。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)AA-CAES性能有很大影響。在理想的絕熱模型下，儲(chǔ)能效率達(dá)到最高值0.69，但此時(shí)系統(tǒng)儲(chǔ)能密度較低，僅為1.594kW·h/m3。在理想的恒溫模型下，儲(chǔ)能密度高達(dá)2.47kW·h/m3，但此時(shí)系統(tǒng)儲(chǔ)能效率只能達(dá)到0.626。在實(shí)際模型下，系統(tǒng)儲(chǔ)能效率為0.5839，儲(chǔ)能密度為1.5954kW·h/m3。對(duì)比兩種理想模型，AA-CAES在實(shí)際儲(chǔ)氣室模型下的儲(chǔ)能效率和儲(chǔ)能密度均偏低。因此在儲(chǔ)氣室優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，有兩種路徑可以選擇：絕熱儲(chǔ)氣室方向和恒溫儲(chǔ)氣室方向。在具體選擇儲(chǔ)氣室優(yōu)化方式時(shí)，還需要綜合考慮系統(tǒng)單位功率建設(shè)和運(yùn)行成本以及儲(chǔ)氣室材料導(dǎo)熱性能等因素。

蘇秋琴將癩阿小從柳紅身上移開，見他無(wú)聲無(wú)息的，她就用腳踢踢他，也沒有動(dòng)靜，蘇秋琴不免驚慌起來(lái)，這家伙不會(huì)被我砸死了吧？她叫柳紅，柳紅卻傻呆呆地坐在地上，兩眼朝著她放火。這鬼天氣，熱得人都發(fā)瘋了。蘇秋琴攀住柳紅的雙肩拼命地?fù)u，柳紅嗖地站起身來(lái)，撿了一塊西瓜，狠狠地拍到癩阿小的臉上。

3.2 儲(chǔ)釋能功率對(duì)AA-CAES性能的影響

根據(jù)3.1節(jié)分析，對(duì)流換熱系數(shù)會(huì)影響AA-CAES性能。由式(3)、式(4)可知，在儲(chǔ)能和釋能階段對(duì)流換熱系數(shù)受到空氣流量的影響，而空氣流量與壓氣機(jī)和膨脹機(jī)的功率有關(guān)，因此需要分析儲(chǔ)釋能功率對(duì)AA-CAES性能的影響。圖7、圖8表示儲(chǔ)釋能功率改變時(shí)，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度和壓力的變化情況。當(dāng)壓氣機(jī)功率c變化時(shí)，膨脹機(jī)功率t=100MW，當(dāng)膨脹機(jī)功率t變化時(shí)，壓氣機(jī)功率c= 60MW。

當(dāng)儲(chǔ)能功率增大時(shí)，空氣流量增大，導(dǎo)致儲(chǔ)氣室內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)增大。由于流量增大，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣升溫升壓的速度加快，達(dá)到儲(chǔ)氣室壓力上限的時(shí)間縮短。雖然對(duì)流換熱系數(shù)增大，但空氣與儲(chǔ)氣室壁面的換熱時(shí)間縮短，空氣的熱量來(lái)不及向外界傳遞，因此在儲(chǔ)能階段結(jié)束時(shí)刻，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度略有升高。在釋能階段，隨著釋能功率的增大，空氣流量逐漸增大，儲(chǔ)氣室溫度和壓力下降的速度也加快，釋能階段運(yùn)行時(shí)間縮短。釋能階段運(yùn)行時(shí)間縮短，導(dǎo)致向儲(chǔ)氣室壁面的散熱較少，結(jié)束時(shí)刻儲(chǔ)氣室溫度略有升高。

改變儲(chǔ)釋能功率會(huì)對(duì)儲(chǔ)氣室內(nèi)溫度和壓力變化產(chǎn)生影響，AA-CAES性能也隨之發(fā)生變化。圖9表示儲(chǔ)釋能功率對(duì)儲(chǔ)能效率的影響?？梢钥闯?，隨著儲(chǔ)能功率和釋能功率的升高，儲(chǔ)能效率也會(huì)稍有升高，同時(shí)儲(chǔ)能功率變化對(duì)儲(chǔ)能效率的影響更大。這是由于隨著功率的增大，儲(chǔ)能和釋能階段消耗的時(shí)間減少，雖然對(duì)流換熱系數(shù)變大，但在綜合影響下儲(chǔ)氣室內(nèi)高溫空氣向壁面散失的熱量降低，更多的能量用于在膨脹機(jī)中做功，因此儲(chǔ)能效率提升。

4 結(jié)論

本文對(duì)AA-CAES中儲(chǔ)氣室熱力學(xué)模型進(jìn)行分析和求解，得到系統(tǒng)運(yùn)行過程中儲(chǔ)氣室內(nèi)溫度和壓力的變化情況，并分析了對(duì)流換熱系數(shù)以及儲(chǔ)釋能功率對(duì)系統(tǒng)性能的影響，得到以下結(jié)論。

（1）系統(tǒng)經(jīng)過一次完整的儲(chǔ)釋能循環(huán)，儲(chǔ)能效率為0.5839，儲(chǔ)能密度為1.5954kW·h/m3，儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣最高溫度為362.1K。在儲(chǔ)能和儲(chǔ)釋能間隔階段空氣向壁面放熱，在釋能階段空氣先向壁面放熱，當(dāng)空氣溫度低于壁面溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槲鼰釥顟B(tài)。

（2）對(duì)流換熱系數(shù)會(huì)影響儲(chǔ)氣室內(nèi)空氣溫度和壓力的變化規(guī)律，進(jìn)而對(duì)AA-CAES儲(chǔ)能效率、儲(chǔ)能密度等性能指標(biāo)產(chǎn)生影響。

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Influence of thermodynamic properties of air storage chamber on the performance of AA-CAES

HAN Zhonghe，PANG Yongchao

（Key Lab of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment (North China Electric Power University)，Ministry of Education，Baoding 071003，Hebei，China）

Air storage chamber is the main gas storage device in the AA-CAES，and its properties have important impact on the variation of the air temperature and pressure. To describe the thermal variation of air during the operation process and accurately explore the influence of the thermodynamic properties on the system performance，a model of diabatic storage chamber with constant wall temperature was established in this paper. The results show that the designed chamber had the energy storage efficiency of 0.58 and has the energy storage density of 1.59kW·h/m3. The overall performance of the air storage chamber in the operation process is exothermic. Highest energy storage efficiency was obtained with the adiabatic model，and the energy storage density reached maximal under the constant temperature model. However the system performance parameters were lower in the actual operation，so the thermal properties of the air storage chamber need to be optimized. The energy storage efficiency can be improved by increasing the amount of energy storage and power released. It was found that the change of storage power had greater effect on storage efficiency.

AA-CAES；air storage chamber；convective heat transfer coefficient；energy storage efficiency

TK82

A

1000–6613（2017）01–0047–06

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.01.006

2016-05-23；修改稿日期：2016-05-29。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51076044）。

韓中合（1964—），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)闊崃υO(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷及新能源開發(fā)利用。E-mail：hanzhong_he@126.com。