一种压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统

席光，姚尔人，仲理科，邹瀚森

（西安交通大学能源与动力工程学院）

文章简介

       在我国“碳达峰、碳中和”战略的规划中，新能源安全可靠逐步替代传统能源以及实现资源的多级循环利用是重要的战略路径。为加快构建以新能源为主体的新型电力系统，储能系统的配套建设将起到关键作用。本文提出了一种压缩空气与热化学耦合储能的新型冷热电联产系统，不仅可以用于解决可再生能源发电系统存在的消纳难题，而且将储能过程产生的压缩热用于驱动甲醇裂解反应以生成合成气燃料，在释能过程中合成气燃料与高压空气混合燃烧后驱动燃气透平发电，产生的余热驱动蒸汽朗肯循环发电后，进一步根据能量品位向用户提供冷量与热量。该系统不仅实现了能源的高效梯级利用，并且大幅缩短了系统的投资回收年限，在可再生能源消纳、电网调峰等领域具有广泛的应用前景。

     在本文研究的设计工况下，该系统可提供425.69 kW电量、420.15 kW热量和113.82 kW冷量输出，能量效率、㶲效率和相对节能率分别为87.14%、40.73%和48.53%。系统中各设备的㶲损失结果如原文图2所示，系统的总㶲损失为831.30 kW，由于燃烧过程中的氧化还原反应产生较大的不可逆损失，因此燃烧室的㶲损失最大，占总㶲损失的48.94%；合成气储罐产生较大㶲损失的原因为，部分未发生反应的甲醇蒸气在合成气储罐中冷凝为液体甲醇，占据15.87%的㶲损失。

       为进一步探讨系统的热力学行为特性，研究了反应器甲醇入口温度、反应器反应压力、空燃比、压气机压比、压气机等熵效率、及燃气透平膨胀比对系统热力学性能的影响（原文图3~8），结果表明：提升反应器内反应温度，降低反应器内反应压力可提升甲醇裂解率，其中反应器入口甲醇温度从160 ℃提升至260 ℃时，可促使甲醇裂解率由76.55%提高至78.12%；提升压气机压比，降低压气机等熵效率和空燃比，可提升甲醇裂解率，进而提升系统的电量输出；提升燃气透平膨胀比可显著提升系统的电量输出及㶲效率。

       综上所述，本文提出的压缩空气与热化学耦合储能的冷热电联产系统不仅提高了压缩热的能量品位，并且实现了余热的高效梯级利用。通过分析该系统在设计工况下的热力性能，进一步研究了各关键参数对系统性能的影响规律，进而揭示了系统性能的优化方向，研究结果可为推进该系统的应用进程提供理论依据。

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