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液化空气储能优势分析及发展现状探讨

时间：2018-07-23 10:14

当今人们的生活环境受到了严重的污染，如温室效应、臭氧层消耗和酸雨等，而这一切的根源是化石燃料的燃烧。为了减轻由化石燃料燃烧造成的环境污染问题，就需要一个新的、安全的、可持续的和环保的能源供应体系，即可再生能源供应体系。目前，可再生能源占全球电力容量的5％和全球发电的3.4％，这里不包括水利发电（约占全球发电15％）。英国政府已设置了目标将可再生能源生产电力从目前的4.6％增长到2020年的20％，到2050年将达到80％。欧盟最近提出一个更高的目标，到2020年可再生能源的使用要达到30%～40％的增长。在不久的将来，可再生能源如风能、太阳能、海洋能、生物质和地热资源等发的电量将占整个发电容量的大部分。
　虽然使用可再生能源是解决环境污染问题的有效方法，但是对可再生能源的利用还存在着一些问题。可再生能源尤其是风能和太阳能是间歇性的能源，产生的能量不是持续性能量，不符合人们对能量的实际需求，同时有些可再生能源如海洋能、风能等还会受到地理环境的限制，因此就需要一个合适的能量储存系统对这些可再生能源产生的能量进行储存。
　　目前可再生能源储存的方法有很多，大多数储能技术对这些间歇性可再生能源的存储非常困难，而且存在地理环境条件的限制。但是，液化空气储能（LAES）不但可以对间歇性可再生能源进行有效地储存，而且不受地理环境的限制，便于管理和运输。下面对液化空气储能技术进行概述。
液化空气储能优势分析及发展现状探讨
　（1）液化过程。电网夜间富余的电能驱动液化空气装置，使环境中的空气先洁净再压缩，然后通入到换热器中与气液分离器返回的冷空气和蓄冷装置中的冷空气进行换热冷却。被冷却的冷空气依次通过膨胀机和节流阀，降温降压，一部分被冷凝为液体，一部分仍为气体，最后在气液分离器中被分离。从气液分离器上端口出来的冷空气返回到换热器中冷却被压缩机压缩后的空气。
　（2）能量存储过程。经气液分离器分离后的液态空气从气液分离器下端口流到液化空气储罐中储存，液化过程中消耗的大部分电能被转化成了液态空气的冷能。
　（3）电力恢复过程。低温储罐中液态空气被引出，经低温泵加压后送入气化换热器中吸热气化。被气化的空气再通入热交换器中，被进一步加热升温、升压。从热交换器中出来的高压气体通到透平中做功，透平与发电机相连，带动发电机旋转发电。从透平里出来的高温空气依次经过热交换器和气化换热器被冷却，然后流到蓄冷装置中与换热器里被压缩机压缩后的空气换热。因为液态空气的沸点比较低，所以在电力恢复过程中供应给热交换器里低温空气的热量可以是来自于液化过程中的废热或外部环境的热量。>
液化空气储能的介质是随处易得的空气，储能的整个过程不需要化石燃料作为补充，为完全绿色。当空气的温度通过使用液化设备冷却到大约-196℃时变成液体，一般700L的环境空气可变为大约1L的液态空气。液态空气作为储能介质具有较高的储能密度，每单位体积的有效能可达660MJ。
　　液化空气储能循环实质上是由林德循环（液化过程）与朗肯循环（电力恢复过程）组合而成，但是液化过程不同于经典的林德循环，因为从膨胀机中出来的冷空气被用来冷却膨胀机进口处的空气。朗肯循环中损失的一些有效能也被用于冷却膨胀机进口处的空气。因此，林德循环中输入的有效能分别来自于朗肯循环和压缩机。由于外部环境的影响，液化空气储能系统在存储过程中还会有一些能量损失，真实做功将会受到真实循环效率的限制变得较低。除去内部循环的一些不可逆损失，林德循环出口处的有效能以液体空气的形式存在。在朗肯循环中，透平的输出功不仅来自液化过程输入的能量，还来自外部环境输入循环的热量，然而在这一过程中还伴有效能的损失，但是有效能的损失要比输入热交换器中的有效能大，因此要充分利用输入热交换器中的有效能，提高循环的效率。朗肯循环中有效能的损失由透平进口处的压力决定，较高的压力将导致较小的有效能损失。在压力较高、相关的饱和温度也较高的条件下，有效能损失会比较低。由液化空气储能循环可知，即使是绝热膨胀，液化过程所需要的功也要比液态空气膨胀所做的功要高，这就需要结合液化过程和膨胀过程，在两过程之间使用热力恢复来提高整体效率。本文摘取:压缩机网常州空压机

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