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液化空氣儲能優勢分析及發展現狀探討

時間：2018-07-23 10:14

當今人們的生活環境受到了嚴重的污染，如溫室效應、臭氧層消耗和酸雨等，而這一切的根源是化石燃料的燃燒。為了減輕由化石燃料燃燒造成的環境污染問題，就需要一個新的、安全的、可持續的和環保的能源供應體系，即可再生能源供應體系。目前，可再生能源占全球電力容量的5％和全球發電的3.4％，這里不包括水利發電（約占全球發電15％）。英國政府已設置了目標將可再生能源生產電力從目前的4.6％增長到2020年的20％，到2050年將達到80％。歐盟最近提出一個更高的目標，到2020年可再生能源的使用要達到30%～40％的增長。在不久的將來，可再生能源如風能、太陽能、海洋能、生物質和地熱資源等發的電量將占整個發電容量的大部分。
　雖然使用可再生能源是解決環境污染問題的有效方法，但是對可再生能源的利用還存在著一些問題。可再生能源尤其是風能和太陽能是間歇性的能源，產生的能量不是持續性能量，不符合人們對能量的實際需求，同時有些可再生能源如海洋能、風能等還會受到地理環境的限制，因此就需要一個合適的能量儲存系統對這些可再生能源產生的能量進行儲存。
　　目前可再生能源儲存的方法有很多，大多數儲能技術對這些間歇性可再生能源的存儲非常困難，而且存在地理環境條件的限制。但是，液化空氣儲能（LAES）不但可以對間歇性可再生能源進行有效地儲存，而且不受地理環境的限制，便于管理和運輸。下面對液化空氣儲能技術進行概述。
液化空氣儲能優勢分析及發展現狀探討
　（1）液化過程。電網夜間富余的電能驅動液化空氣裝置，使環境中的空氣先潔凈再壓縮，然后通入到換熱器中與氣液分離器返回的冷空氣和蓄冷裝置中的冷空氣進行換熱冷卻。被冷卻的冷空氣依次通過膨脹機和節流閥，降溫降壓，一部分被冷凝為液體，一部分仍為氣體，最后在氣液分離器中被分離。從氣液分離器上端口出來的冷空氣返回到換熱器中冷卻被壓縮機壓縮后的空氣。
　（2）能量存儲過程。經氣液分離器分離后的液態空氣從氣液分離器下端口流到液化空氣儲罐中儲存，液化過程中消耗的大部分電能被轉化成了液態空氣的冷能。
　（3）電力恢復過程。低溫儲罐中液態空氣被引出，經低溫泵加壓后送入氣化換熱器中吸熱氣化。被氣化的空氣再通入熱交換器中，被進一步加熱升溫、升壓。從熱交換器中出來的高壓氣體通到透平中做功，透平與發電機相連，帶動發電機旋轉發電。從透平里出來的高溫空氣依次經過熱交換器和氣化換熱器被冷卻，然后流到蓄冷裝置中與換熱器里被壓縮機壓縮后的空氣換熱。因為液態空氣的沸點比較低，所以在電力恢復過程中供應給熱交換器里低溫空氣的熱量可以是來自于液化過程中的廢熱或外部環境的熱量。>
液化空氣儲能的介質是隨處易得的空氣，儲能的整個過程不需要化石燃料作為補充，為完全綠色。當空氣的溫度通過使用液化設備冷卻到大約-196℃時變成液體，一般700L的環境空氣可變為大約1L的液態空氣。液態空氣作為儲能介質具有較高的儲能密度，每單位體積的有效能可達660MJ。
　　液化空氣儲能循環實質上是由林德循環（液化過程）與朗肯循環（電力恢復過程）組合而成，但是液化過程不同于經典的林德循環，因為從膨脹機中出來的冷空氣被用來冷卻膨脹機進口處的空氣。朗肯循環中損失的一些有效能也被用于冷卻膨脹機進口處的空氣。因此，林德循環中輸入的有效能分別來自于朗肯循環和壓縮機。由于外部環境的影響，液化空氣儲能系統在存儲過程中還會有一些能量損失，真實做功將會受到真實循環效率的限制變得較低。除去內部循環的一些不可逆損失，林德循環出口處的有效能以液體空氣的形式存在。在朗肯循環中，透平的輸出功不僅來自液化過程輸入的能量，還來自外部環境輸入循環的熱量，然而在這一過程中還伴有效能的損失，但是有效能的損失要比輸入熱交換器中的有效能大，因此要充分利用輸入熱交換器中的有效能，提高循環的效率。朗肯循環中有效能的損失由透平進口處的壓力決定，較高的壓力將導致較小的有效能損失。在壓力較高、相關的飽和溫度也較高的條件下，有效能損失會比較低。由液化空氣儲能循環可知，即使是絕熱膨脹，液化過程所需要的功也要比液態空氣膨脹所做的功要高，這就需要結合液化過程和膨脹過程，在兩過程之間使用熱力恢復來提高整體效率。本文摘取:壓縮機網常州空壓機

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