圣卡塔琳娜聯(lián)邦大學(xué)在聚光太陽能電站儲熱系統(tǒng)方面取得新進展
文章信息
技術(shù)領(lǐng)域：適用于聚光太陽能電站的儲熱系統(tǒng)
開發(fā)單位：巴西圣卡塔琳娜聯(lián)邦大學(xué) A.K. da Silva
文章名稱：F.G. Battisti, A.K. da Silva. Performance mapping of packed-bed thermal energy storage systems for concentrating solar-powered plants using supercritical carbon dioxide. Applied Thermal Engineering, 2020.
技術(shù)突破：獲得基于s-CO2的蓄熱系統(tǒng)直接相關(guān)的設(shè)計和運行參數(shù)，以提高系統(tǒng)工況和和經(jīng)濟性預(yù)測準確性，并表明儲熱系統(tǒng)機組熱工-水力儲釋綜合效率高度依賴于上述參數(shù)，且具有一定優(yōu)化空間。
應(yīng)用價值：為聚光太陽能電站的儲熱系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供理論依據(jù)。
對于依賴間歇熱源的發(fā)電廠來說，熱能儲存是極其重要的。與此同時，人們對基于超臨界二氧化碳（s-CO2）的熱力循環(huán)的興趣日益增加。因此近年來開始在聚光太陽能電站(CSP)中考慮利用s-CCO2在熱力循環(huán)中表現(xiàn)的固有特性，例如高效率、單相流、可直接加熱、干式冷卻和高緊湊性等。然而，與s-CO2系統(tǒng)儲熱直接相關(guān)的某些參數(shù)（包括設(shè)計和運行參數(shù)）難以獲得，使得對該系統(tǒng)的工況和經(jīng)濟性預(yù)測不準確。
來自巴西圣卡塔琳娜聯(lián)邦大學(xué)的研究人員探究了使用s-CO2的填充床熱能存儲（TES）系統(tǒng)的性能?；谝痪S多孔介質(zhì)計算模型，通過雙溫度公式構(gòu)建固體基質(zhì)和傳熱流體之間的熱交換，因此可以計算出流體流經(jīng)儲熱罐的壓降和向環(huán)境的熱損失。在熱工-水力分析中從參數(shù)化優(yōu)化的角度，研究了設(shè)計參數(shù)和運行參數(shù)對儲熱系統(tǒng)性能的影響，如儲罐容積、高徑比、多孔介質(zhì)粒徑和空隙率、儲釋質(zhì)量流量、儲熱溫度、儲釋循環(huán)等。結(jié)果表明了基于s-CO2的儲熱系統(tǒng)的設(shè)計趨勢，表明儲熱系統(tǒng)機組熱工-水力儲釋綜合效率高度依賴于上述參數(shù)，更重要的是可以根據(jù)尺寸和運行參數(shù)進行優(yōu)化。
圖1 (a) 集成的總體布局; (b) 填充床儲熱系統(tǒng)模型
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技術(shù)領(lǐng)域：適用于聚光太陽能電站的儲熱系統(tǒng)
開發(fā)單位：西安交通大學(xué) Ming-Jia Li
文章名稱：Zhao Ma, Ming-Jia Li. Novel Designs of Hybrid Thermal Energy Storage System and Operation Strategies for Concentrated Solar Power Plant, Energy, 2020.
技術(shù)突破：提出了兩種包含填充床和雙罐的混合蓄冷蓄熱系統(tǒng)以及對應(yīng)的控制策略，結(jié)果表明，與單罐蓄冷蓄熱相比，混合蓄冷蓄熱系統(tǒng)效能因數(shù)和年度發(fā)電量最高可以提高22.1%和14.1%，單位成本比單罐蓄冷蓄熱降低9.8%。
應(yīng)用價值：可用于開發(fā)低成本、高效的聚光太陽能熱存儲系統(tǒng)。
聚光太陽能(CSP)與熱能存儲(TES)可以在我們向可持續(xù)能源系統(tǒng)過渡進程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，這是由于它可以在相對低的成本下實現(xiàn)大規(guī)模的能量存儲，并持續(xù)發(fā)電一整天。目前，商業(yè)聚光太陽能電站廣泛采用帶熱罐和冷罐的雙罐蓄冷蓄熱技術(shù)。與雙罐蓄冷蓄熱器相比，填充床蓄冷蓄熱成本較低，但效用因數(shù)較低。
來自西安交通大學(xué)的研究人員提出了兩種新的混合式熱能儲存系統(tǒng)的設(shè)計方案，分別由填充床蓄冷蓄熱系統(tǒng)和雙罐蓄冷蓄熱系統(tǒng)組成，并給出了相應(yīng)的運行策略：溫躍層儲存（HTESS-TS）和出口溫度控制（HTESS-OTC），如圖2所示。研究人員詳細介紹了HTESS-TS和HTESS-OTC的結(jié)構(gòu)和運行策略。然后，比較了混合蓄冷蓄熱系統(tǒng)和僅包含獨立狀態(tài)的填充床蓄冷蓄熱的單罐儲能系統(tǒng)的熱性能和經(jīng)濟性能。分析了雙罐蓄冷蓄熱系統(tǒng)截止溫度和熱容量的影響。最后，在實際太陽輻射條件下，比較了不同蓄熱系統(tǒng)的聚光太陽能發(fā)電廠的全年性能。結(jié)果表明，與單罐蓄冷蓄熱系統(tǒng)相比，HTESS-TS和HTESS-OTC運行策略的效用因數(shù)分別提高了12.5 %和22.1 %。同時，HTESS-OTC運行策略的單位成本比單罐蓄冷蓄熱系統(tǒng)低了8.6%。此外，對于較寬的出口溫度限制范圍，HTESS-OTC運行策略可以保持更穩(wěn)定的出口溫度，以及高于單罐蓄冷蓄熱系統(tǒng)的效用因數(shù)。與單罐蓄冷蓄熱系統(tǒng)相比，混合蓄冷蓄熱系統(tǒng)的溫躍層控制(HTESS-TS)和出口溫度控制系統(tǒng)(HTESS-OTC)的年度發(fā)電量分別提高9.8%和14.1%。
圖2 單罐儲熱系統(tǒng)和兩種混合儲熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
