最新研究：重力能夠增強壓縮空氣儲能

圖片：東北電力大學，熱能工程案例研究。

　　中國科學家模擬了一種先進的絕熱壓縮空氣儲能裝置，他們在該裝置上增加了一個帶有重負載的彈性氣囊。對該系統的能量、有效能和經濟分析表明，由于重負載的重量恒定，氣囊的壓力水平在運行過程中保持不變。

　　中國東北電力大學的一個研究小組提出了一種新型的先進絕熱壓縮空氣儲能（AA-CAES）系統。

　　擬議的系統利用了重載、彈性氣囊和廢棄的垂直礦井，將AA-CAES轉化為重力輔助等壓系統，壓力保持恒定。

　　研究人員解釋說：“通過設計一種新型的等壓儲氣罐，該系統實現了等壓運行。廢棄的垂直礦井被用作儲氣庫，以最大限度地利用土地。此外，在排放階段完成后，儲存的空氣可以完全排出，提高儲能密度。”

　　該系統使用MATLAB軟件進行了能量、有效能和經濟分析。它利用光伏、風能或電網的多余電力來驅動壓縮機。這反過來又將環境大氣轉化為高壓空氣，然后儲存在儲氣罐（ASR）中。該過程包括五個階段的連續壓縮以降低能耗，并配有五個中間冷卻器，用于捕獲壓縮過程中產生的熱量。ASR包括一個廢棄的垂直礦井、一個重載和一個彈性氣囊。

　　彈性安全氣囊被放置在礦井底部，而重物則安裝在安全氣囊上方。在充氣階段，閥V1打開，閥V2關閉，高壓空氣進入氣囊，這增加了氣囊的體積和高度。由于重負載的恒定重量以及重負載和氣囊之間的恒定接觸面積，氣囊的壓力水平在充氣操作過程中保持不變，實現了等壓充氣過程。

圖片：東北電力大學，熱能工程案例研究

　　科學家解釋說：“在完成充能程序并達到預期的峰值體積后，安全氣囊充滿電，象征著其達到了設計的最大容量。在放電階段，閥門V2打開，閥門V1關閉。在重載重力勢能的作用下，空氣從安全氣囊中擠出。根據上述相同的原理，可以實現等壓空氣放電過程。當安全氣囊的體積達到設計的最小值時，釋能過程結束。”

　　模擬假設環境溫度為25℃，環境壓力為0.1MPa。重負荷密度設定為7870kg/m³，壓縮機消耗5880.82kW。該系統的價格基于化工廠成本指數（CEPCI）：放電期電價為0.18美元/千瓦時，重負荷電價為0.1美元/千克，熱水電價為0.018美元/千瓦時，充電期電價為0.04美元/兆瓦時。假設該系統每年運行350天，使用壽命為25年。

　　分析表明，系統能量效率（ENE）為87.1%，有效能效率為70.07%，空氣儲能密度為2.68kWh/m³，計算出的占用空間儲能密度是2.29 kWh/m²。汽輪機和壓縮機的有效能損失最大，分別占系統總有效能損失的35.21%和30.98%；中冷器和中熱器的有效能效率較低，分別為63.54%和50.60%。

　　此外，經濟分析結果顯示，平準化能源成本（LCOE）為0.0804美元/千瓦時。凈現值（NPV）計算為160萬美元，內部收益率（IRR）為17.93%，動態投資回收期（DPP）為8.36年。該結果發表在《熱能工程案例研究》上的“具有重力增強儲氣罐的新型等壓壓縮空氣儲能系統的3E分析和多目標優化”中。

　　（素材來自：東北電力大學 物理儲能網、全球儲能網、新能源網綜合）