中國儲能網訊：先進壓縮空氣儲能（先進絕熱壓縮空氣儲能，超臨界壓縮空氣儲能等）通過回收并存儲壓縮過程中產生的壓縮熱，并在釋能過程中釋放出來，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能需要燃燒化石能源的問題，具有儲能效率高、儲能容量大和無二氧化碳排放等優(yōu)點，是目前最有發(fā)展前景的大規(guī)模電力儲能技術之一。其中，儲熱是影響先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)性能的關鍵因素之一。
近日，中國科學院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心提出了基于顯熱存儲的新型間接式常壓儲熱技術（圖1(a)），系統(tǒng)采用常壓填充床（圖1(b)）替代高壓蓄熱裝置，由泵驅動的常壓空氣作為中間導熱介質通過換熱器獲得壓縮空氣的熱量，并以直接接觸式換熱的方式傳遞給填充床內部堆積的巖石顆粒進行顯熱存儲。顯然，常壓儲熱技術替代高壓蓄熱、高效直接接觸式換熱方式和廉價巖石顆粒作為顯熱存儲介質等特點使得該型間接式常壓儲熱系統(tǒng)具有成本低、效率高和可靠性強等優(yōu)勢，該技術的提出是研究所在先進壓縮空氣儲能走向大型化和產業(yè)化發(fā)展道路的一個關鍵性技術創(chuàng)新。
近日，為了深入掌握該型間接式常壓儲熱系統(tǒng)的運行機理和特性，科研人員依托中關村壓縮空氣儲能基礎試驗平臺對其中關鍵的填充床儲熱裝置的運行性能及影響因素開展了實驗研究，并通過在填充床內部中心軸向和兩個徑向位置布置的多個熱電偶（圖1(b)）監(jiān)測儲熱/釋熱實驗過程中填充床內部的溫度分布和溫度變化過程（如圖2），獲得了不同儲/釋熱空氣流動方向和蓄熱溫度下，填充床蓄熱裝置在儲熱和釋熱過程中的動態(tài)傳熱特性，并從能量和火用角度分析了填充床蓄熱循環(huán)的總體性能。
研究結果表明，填充床內部導熱、軸向的自然對流作用、空氣流動孔隙結構均會影響儲/釋熱過程填充床的動態(tài)傳熱特性，尤其是軸向上的自然對流作用和空氣流動孔隙結構能夠影響空氣在填充床內的壓力和速度分布，從而影響空氣在填充床內的換熱性能；儲/釋熱空氣流動方向影響填充床內部溫度動態(tài)特性的主要因素是填充床軸向上的自然對流作用；當采用蓄熱過程熱空氣自上而下流動，對應釋熱過程常溫空氣自下而上流動的方案，能夠有效抑制填充床軸向上的自然對流作用；填充床蓄熱循環(huán)的熱效率和?效率比較于采用與之相反的儲/釋熱空氣流動方向時可以提高9%和5%（圖3）；提高蓄熱溫度也有助于改善填充床蓄熱循環(huán)的性能。
上述工作得到了國家自然科學基金、國家高技術研究發(fā)展計劃（“863”）的支持，研究成果已在國際期刊Energy上發(fā)表。
圖1 新型間接式常壓儲熱系統(tǒng)：(a)間接儲熱回路 (b)填充床儲熱裝置
圖2 非穩(wěn)態(tài)儲熱/釋熱過程中填充床內部各點溫度變化
圖3 不同工況下的儲熱效率和?效率
