加拿大高等技術(shù)學院(ÉTS)和魁北克水電研究所(IREQ)的研究人員近日在《能源轉(zhuǎn)換與管理》雜志上發(fā)表了一項關(guān)于地上壓縮空氣儲能系統(tǒng)(CAES)性能提升的研究。該研究通過整合實驗裝置和數(shù)值模型，對CAES系統(tǒng)的性能進行了深入分析。

研究團隊開發(fā)了一個完全儀表化的測試臺，并創(chuàng)建了先進的數(shù)值模型，該模型整合了真實空氣特性并考慮了傳熱動力學。通過這種方法，研究人員能夠顯著提高模型在表示CAES系統(tǒng)真實行為方面的能力，平均絕對百分比誤差(MAPE)小于4%。

CAES系統(tǒng)的工作原理是在能源過剩期間，電力驅(qū)動壓縮機將環(huán)境空氣壓縮并儲存;當有電力需求時，儲存的壓縮空氣被釋放并引導(dǎo)至渦輪機，轉(zhuǎn)化為電能。地上CAES系統(tǒng)相較于地下系統(tǒng)更為靈活，盡管相關(guān)研究尚不成熟。

科學家創(chuàng)建的實驗裝置包括45 kW壓縮機、控制單元、吸附干燥機和總?cè)萘繛?.86立方米的20個儲液器。基于該實驗裝置的運行結(jié)果和文獻審查，研究團隊使用準穩(wěn)態(tài)方法創(chuàng)建了預(yù)測模型。該方法模擬了系統(tǒng)的瞬態(tài)動力學，將計算劃分為以穩(wěn)態(tài)條件為特征的較小區(qū)間，從而提供了系統(tǒng)響應(yīng)的動態(tài)模擬。

經(jīng)過進一步校準，模型的13個參數(shù)的MAPE介于0.21%和3.58%之間，表明該模型能夠準確模擬系統(tǒng)動態(tài)。研究還發(fā)現(xiàn)，在較低溫度下壓縮空氣可減少壓縮機工作量并延長充電時間，使往返效率(RTE)增加1%;將多方指數(shù)降低至接近等溫過程可使預(yù)熱后的RTE增加7.5%;將膨脹階段的數(shù)量從1級增加到3級可顯著提高RTE，從5.5%提高到16%。

這項研究為CAES系統(tǒng)的性能優(yōu)化提供了重要依據(jù)，有助于推動地上壓縮空氣儲能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。