加拿大高等技術(shù)學(xué)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(xiàng)關(guān)于地上壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(CAES)性能提升的研究。該研究通過(guò)整合實(shí)驗(yàn)裝置和數(shù)值模型，對(duì)CAES系統(tǒng)的性能進(jìn)行了深入分析。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)完全儀表化的測(cè)試臺(tái)，并創(chuàng)建了先進(jìn)的數(shù)值模型，該模型整合了真實(shí)空氣特性并考慮了傳熱動(dòng)力學(xué)。通過(guò)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(shí)行為方面的能力，平均絕對(duì)百分比誤差(MAPE)小于4%。

CAES系統(tǒng)的工作原理是在能源過(guò)剩期間，電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)將環(huán)境空氣壓縮并儲(chǔ)存;當(dāng)有電力需求時(shí)，儲(chǔ)存的壓縮空氣被釋放并引導(dǎo)至渦輪機(jī)，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(xué)家創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)裝置包括45 kW壓縮機(jī)、控制單元、吸附干燥機(jī)和總?cè)萘繛?.86立方米的20個(gè)儲(chǔ)液器。基于該實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)行結(jié)果和文獻(xiàn)審查，研究團(tuán)隊(duì)使用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法創(chuàng)建了預(yù)測(cè)模型。該方法模擬了系統(tǒng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)，將計(jì)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(dòng)態(tài)模擬。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步校準(zhǔn)，模型的13個(gè)參數(shù)的MAPE介于0.21%和3.58%之間，表明該模型能夠準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)動(dòng)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(jī)工作量并延長(zhǎng)充電時(shí)間，使往返效率(RTE)增加1%;將多方指數(shù)降低至接近等溫過(guò)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(jí)增加到3級(jí)可顯著提高RTE，從5.5%提高到16%。

這項(xiàng)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(dòng)地上壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。