2021液體空氣儲能技術(shù)

液態(tài)空?儲能技術(shù)目錄TOC\o"1-3"\h\u7951.液態(tài)空?儲能技術(shù)的原理 312181.1.液態(tài)空?儲能的特點(diǎn) 538171.2.液態(tài)空?儲能技術(shù)的發(fā)展歷史 930271.3.液態(tài)空?儲能技術(shù)與其他儲能技術(shù)的? 11104671.4.? 1393391.5.儲能技術(shù)在電?系統(tǒng)中的應(yīng)?分析 15201741.6.液態(tài)空?儲能在交通運(yùn)輸中的應(yīng)? 17307681.7.液態(tài)空?儲能技術(shù)的集成應(yīng)? 21173831.8.?結(jié) 25液態(tài)空?儲能技術(shù)的原理液態(tài)空?儲能技術(shù)是?種利?液態(tài)空?或液態(tài)氮?作為儲能介質(zhì)的深冷儲能技術(shù)，同時，儲能介質(zhì)也是儲能和釋能過程的?質(zhì)[1?13]，其?作流程如圖10-1（a）所?，主要包括兩個基本過程：圖10-1 液態(tài)空?儲能系統(tǒng)?作流程（a）及原理（b）?意圖①存儲過程。在?電低?時段或者電價相對低的時段（通常是在晚上和周末），深冷儲能系統(tǒng)的空?液化單元利?低?電?產(chǎn)液態(tài)空?或液氮，電能以低溫冷能的形式儲存在液態(tài)空?或液氮中。②釋放過程。在?電?峰或需要緊急電?的情況下，低溫泵加壓存儲的液態(tài)空?或液氮，經(jīng)換熱器吸收環(huán)境熱升溫升壓后驅(qū)動空?透平機(jī)組做功發(fā)電。在液態(tài)空?儲能技術(shù)中，液態(tài)空?的?產(chǎn)（儲能）過程產(chǎn)??量壓縮熱，膨脹發(fā)電（釋能）過程產(chǎn)??量?品位冷，這兩部分能量都可以在儲能/釋能過程中回收與利?。因此，液態(tài)空?儲能技術(shù)涉及三個儲罐，即液態(tài)空?儲罐（主要儲能單元）、壓縮熱儲罐（輔助儲能單元）和?品位冷儲罐（輔助儲能單元），如圖10-1（b）所?。另外，如果有外界的熱源與液態(tài)空?儲能技術(shù)集成，例如?業(yè)余熱或可再?熱源，則可利?這些熱源加熱?壓空??更?溫度，有效提?透平出?，以提?系統(tǒng)的儲能效率。液態(tài)空?產(chǎn)?的?壓?體不僅能夠直接驅(qū)動空?透平，?且可以供給燃燒室間接驅(qū)動燃?透平[4，6?8]，因此?些學(xué)者認(rèn)為液態(tài)空?儲能技術(shù)是常規(guī)壓縮空?儲能技術(shù)的?種升級版本[5]。然?從理論上講，液態(tài)空?儲能技術(shù)主要是?種基于?液相變過程的儲冷技術(shù)。通常來說，?液相變材料并不適合于儲能應(yīng)?，因為?相密度?常?，需要?常?的儲存容積。然?空?作為儲熱材料時，僅在其液態(tài)下需要特定的容器存儲，解決了壓縮空?儲能中?壓存儲困難的問題。同時，低溫下空?或氮?的液化及存儲技術(shù)已有很?的應(yīng)?歷史，因此液態(tài)空?儲能是?種實?可?的?容量儲能技術(shù)。液態(tài)空?儲能的特點(diǎn)相較于壓縮空?儲能，液態(tài)空?儲能單位體積和單位質(zhì)量的儲能密度要?得多，因此液態(tài)空?儲能設(shè)備的安裝可以擺脫地理條件的限制，尤其在末端電?的應(yīng)???具有很?優(yōu)勢[4]。當(dāng)環(huán)境壓?為1.0bar，溫度為25℃時，壓縮空?和液態(tài)空?的儲能密度變化如圖10-2所?[1，5，10?13]。由圖可知，當(dāng)壓縮空?的儲存壓?低于100bar時，液態(tài)空?的質(zhì)量密度僅是壓縮空?1.5?3倍，但體積儲能密度?達(dá)壓縮空?的10倍以上，?乎與當(dāng)前最先進(jìn)的電池儲能密度相當(dāng)，并且液態(tài)空?/氮?的?容量存儲技術(shù)的單元設(shè)備已較為成熟，因此液態(tài)空?儲能在?容量儲能??的推?和應(yīng)???具有很?的潛?。圖10-2 壓縮空?及液態(tài)空?的燦?密度圖如前所述，液態(tài)空?儲能技術(shù)在本質(zhì)上是?種儲冷技術(shù)，該技術(shù)?儲熱具有更?的燦?效率。以顯熱儲熱/冷為例，假設(shè)儲熱材料本?的定壓?熱容Cp恒定，其在儲熱/冷過程中的溫度變化為ΔT，則其儲存的熱量ΔQ為：ΔQ=CpΔT （10-1）假設(shè)過程可逆，則其燦?值的變化可表?為：（10-2）式中，Ta為環(huán)境溫度；H為材料的焓值；T為溫度。將式（10-2）中從溫度Ta?溫度Ta+ΔT積分可得儲熱過程中儲熱材料本?燦?值的變化：（10-3）合并式（10-1）和式（10-3）可得到儲存于儲熱材料的熱/冷能中燦?值的?例（η）為：（10-4）假定環(huán)境溫度為25℃，則公式（10-4）的計算結(jié)果如圖10-3所?[1]。可以看出，在相同的溫度變化條件下，儲冷?儲熱具有更?的燦?存儲密度。圖10-3 儲熱/儲冷中有?能?例隨溫度差變化表10-1?較了?些常?儲熱/冷介質(zhì)的?熱容、潛熱和燦?密度?？梢钥闯?，雖然深冷液體與其他儲熱材料具有?致相同的?熱容和相變焓，但其燦?密度卻要?得多，這是低溫儲能技術(shù)的優(yōu)勢。表10-1 常?儲熱/冷介質(zhì)的?熱容、潛熱以及燦?密度的?較[14，15]注：S表?顯熱儲熱；L表?相變儲熱。液態(tài)空?儲能技術(shù)的發(fā)展歷史利?液態(tài)空?儲能的概念產(chǎn)?于19世紀(jì)，?將液態(tài)空?儲能應(yīng)?于電?調(diào)峰的思想則由英國紐卡斯?fàn)?學(xué)于1977年?次提出[3]。雖然早期的?作主要集中在理論分析，但為液態(tài)空?儲能技術(shù)的推?發(fā)展起到了積極作?。液態(tài)空?儲能的發(fā)展?向之?是作為壓縮空?儲能的?種升級技術(shù)，即將空?液化技術(shù)和燃?輪機(jī)技術(shù)結(jié)合，利?低溫罐中儲存的液態(tài)空?為燃?輪機(jī)提供?壓空?。?本的三菱重?、??[6?8]，美國的膨脹能源公司和英國利茲?學(xué)都在這個?向上進(jìn)?過相關(guān)的數(shù)值和試驗研究[9?13]，其中，三菱重?開發(fā)了?個基于液體?箭引擎技術(shù)的液態(tài)空?膨脹機(jī)釋能?范系統(tǒng)，其輸出功率達(dá)到2.6MW。在這個儲能系統(tǒng)中，空?液化過程和釋能過程分別在獨(dú)?裝置中進(jìn)?，釋能過程的絕熱效率?約為77%。然?，這套系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的空?液化技術(shù)，系統(tǒng)整體的效率并不?。為了解決空?液化過程能耗?且系統(tǒng)效率低這?問題，??公司提出了將空?液化過程與釋能過程集成[8]，并通過?個?效的冷能“再?器”回收釋能過程中釋放的冷能，降低空?液化的能耗的?案。??公司分別使?固體和液體材料作為冷能載體進(jìn)?了仿真和?型實驗研究，并聲稱?效再?器的使?可使液態(tài)空?儲能系統(tǒng)的效率提?到70%以上。但是??公司并沒有開展全系統(tǒng)集成的試驗研究。液態(tài)空?儲能技術(shù)的實質(zhì)性發(fā)展始于2005年英國利茲?學(xué)與HighviewEnterprisesLtd（?瞻公司）的合作研究。此次合作完成了液態(tài)空?儲能技術(shù)第?個全系統(tǒng)專利12，并于2008年起在英國Slough建?了世界上第?套完整的液態(tài)空?儲能獨(dú)???（350kW/2.5MW·h），這個系統(tǒng)于2011年建成，2012年完成實驗，2013年整?捐贈給英國伯明翰?學(xué)進(jìn)?后續(xù)的試驗研究。在英國?程和物理科學(xué)基?以及?些?業(yè)界（總額約?千?百三?萬英鎊）的資助下，該?范?于2015年11?正式并?伯明翰?學(xué)校園?。除了上述的電?調(diào)峰（靜態(tài)）應(yīng)?，從20世紀(jì)70年代起，液態(tài)空?儲能技術(shù)開始作為?種零排放汽?的替代解決?案得到深?研究[16?20]。相?于鉛酸和鎳鎘等電池技術(shù)，使?液態(tài)空?或液氮等儲能介質(zhì)可以避免相關(guān)的重?屬污染問題。在液氮汽?發(fā)展早期，基于液的釋能系統(tǒng)常常通過朗肯循環(huán)為傳統(tǒng)汽?提供輔助動?，這種混?系統(tǒng)可以改善傳統(tǒng)汽?發(fā)動機(jī)的性能并且有助于減少排放。20世80年代以后，研究?員開始嘗試純液氮動?汽?，即完全以液氮作燃料?不使?其他化?能源的汽?。早期的嘗試仍以朗肯循環(huán)?，傳熱流體常采??-??醇混合物等低凝固點(diǎn)流體，換熱?式為基于傳統(tǒng)換熱器的間接?1617。2005年，英國?瞻公司與利茲?學(xué)合作，對基于液態(tài)空?儲能技術(shù)的純液氮動?汽?進(jìn)?量的理論和實驗室驗證?作19，其中?缸中換熱流體和液態(tài)空?直接接觸換熱的新型液氮發(fā)動機(jī)技術(shù)于2012年開始由DearmanEngineCompany（英國迪?發(fā)動機(jī)公司）進(jìn)??范和商業(yè)推?。液態(tài)空?儲能技術(shù)與其他儲能技術(shù)的?較液態(tài)空?儲能是?種解耦型的能量存儲技術(shù)它在?規(guī)模（10MW級以上）和?時間運(yùn)?（數(shù)?時以上）的能源管理等應(yīng)???更具有優(yōu)勢，如電?的削峰填?、負(fù)荷跟蹤以及備?應(yīng)急電源等下?將在技術(shù)性能（如技術(shù)成熟度、功率、效率、能量密度和響間等）和經(jīng)濟(jì)性能（如容量成本、續(xù)航時間、環(huán)境影響等）兩??將液態(tài)空?儲能技術(shù)與其他解耦型技術(shù)，特別是抽?蓄能、壓縮空?能、液流電池、儲熱和壓縮儲氫等技術(shù)進(jìn)??較。技術(shù)性能?較在技術(shù)性能??，解耦型儲能技術(shù)中只有抽?蓄能得到了?規(guī)模的應(yīng)?。壓縮空?儲能和儲熱已經(jīng)有實際應(yīng)?，但是仍然不?泛。液態(tài)空?儲能、液流電池和儲氫技術(shù)等?前處于商業(yè)?范階段，尚沒有?規(guī)模的應(yīng)?。解耦型儲能技術(shù)的能量存儲量取決于儲能介質(zhì)的多少，即由儲罐??決定，因?容易實現(xiàn)?時間的釋能過程，?其充/釋能功率則由其能量轉(zhuǎn)化裝置的性能決定。抽?蓄能的能量轉(zhuǎn)化裝置主要由?輪機(jī)和?泵組成，其充/釋能功率可達(dá)吉?級。壓縮空?儲能、儲熱和液態(tài)空?儲能?般采?傳統(tǒng)的燃?輪機(jī)或蒸汽輪機(jī)釋能，其釋能功率也可以達(dá)到數(shù)百兆?。液流電池和儲氫通過電化學(xué)?法進(jìn)?能量轉(zhuǎn)化，因?單機(jī)功率達(dá)到兆?級?較困難。從儲能系統(tǒng)效率看，液流電池和抽?蓄能的效率可達(dá)65%?85%，壓縮空?儲能和液態(tài)空?儲能由于受壓縮機(jī)和透平機(jī)的效率限制，其系統(tǒng)效率在50%?75%；儲氫的系統(tǒng)效率?般在60%左右；儲熱技術(shù)效率取決于應(yīng)?，如終端應(yīng)?是熱，則95%以上效率?較正常，如終端需求完全是電，且不使?熱泵技術(shù)，余熱也不利?，效率介于35%?45%。對于解耦型儲能技術(shù)，能量存儲介質(zhì)可獨(dú)?于能量轉(zhuǎn)化設(shè)備之外，因?儲能介質(zhì)的能量密度越?，單位容量的能量所需的儲存體積和/或重量就越?成本和耗損等越低?？紤]體積能量密度（W·h/L），儲氫技術(shù)可通過?壓壓縮、液化或物理/化學(xué)吸附等?式達(dá)到很?的體積能量密度（500?3000W·h/L），但氫?極易燃，對存容器的技術(shù)要求?常?，因此儲氫技術(shù)的成本?常?。對于壓縮儲氫，由于氫?密度低，其質(zhì)量儲能密度并不?。液態(tài)空?儲能的體積能量密度介于120?200W·h/L，低于儲氫的體積能量密度，但其質(zhì)儲能密度?較?。液態(tài)空?儲能另?個突出優(yōu)點(diǎn)是可在接近環(huán)境壓?下存儲，因???降低存儲裝置及其維護(hù)成本。壓縮空?儲能和液流電池的體積儲能密度都?常低（5?30W·h/L），并且壓縮空?存儲需要很?的壓?，這也是限制壓縮空?儲能發(fā)展的最主要原因之?。抽?蓄能的體積儲能密度最低，只有0.5?1.5W·h/L。響應(yīng)時間是衡量儲能系統(tǒng)動態(tài)特性的?個重要參數(shù)。抽?蓄能和壓縮空?儲能的響應(yīng)時間?般為8?12min；中試實驗結(jié)果表明，液態(tài)空?儲能的響應(yīng)時間可以在2.5min左右；液流電池和儲氫（燃料電池）的響應(yīng)時間可達(dá)秒級；如果使?旋轉(zhuǎn)備?技術(shù)，抽?蓄能、壓縮空?和液態(tài)空?儲能的響應(yīng)時間均可達(dá)到秒級。經(jīng)濟(jì)性?較功率成本（美元/kW）和容量成本[美元/（kW·h）]是?較不同解耦型儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)。但由于儲能系統(tǒng)的成本受諸如系統(tǒng)規(guī)模、地理位置、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)?平和勞動?成本、市場變化、當(dāng)?shù)?候和環(huán)境因素、相關(guān)運(yùn)輸和接?問題等因素的影響，簡單評估?個特定技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性?較困難，也不準(zhǔn)確。因此，這?只對儲能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性量級進(jìn)??較。在解耦型儲能技術(shù)中，功率成本主要由能量轉(zhuǎn)化裝置的成本決定。例如，?前儲氫的功率成本最?，約在10000美元/kW以上，主要原因是其釋能裝置（燃料電池）的成本很?。其他解耦型儲能技術(shù)如抽?蓄能、壓縮空?儲能、液態(tài)空?儲能和儲熱等都是通過旋轉(zhuǎn)機(jī)械實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化（?型壓縮空?儲能和液態(tài)空?儲能也可?往復(fù)式機(jī)械實現(xiàn)，其成本更低），因此其功率成本?致相當(dāng)，?般介于400?2000美元/kW。液流電池通過電化學(xué)?法實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，由于膜的成本較?，其功率成本遠(yuǎn)?于抽?蓄能、壓縮空?儲能、液態(tài)空?儲能和儲熱等，但?儲氫要低很多。由于解耦型儲能技術(shù)的能量容量取決于儲能裝置的??，與能量轉(zhuǎn)化裝置的功率??相關(guān)度不?，因此簡單利?儲能系統(tǒng)的總體（包括能量轉(zhuǎn)化裝置的成本和存儲裝置的成本）來估計儲能系統(tǒng)量成本并不科學(xué)，?個?較合理的指標(biāo)是計算單位容量所需存儲裝的成本，例如，抽?蓄能的單位蓄?量成本和液態(tài)空?儲能的?儲罐的單位容積成本。盡管這??數(shù)據(jù)的報道不多，但是由于壓縮儲氫和壓縮空?儲能需要保持?壓，其裝置的容量成本最?。抽?蓄能雖然可以利?天然?壩，但其能量密度低，所以裝置的容量成本適中。液態(tài)空?儲能、儲熱和液流電池均可在常壓或低壓下?作，因此容量成本最低。如前所述，?規(guī)模抽?蓄能、壓縮空?儲能、儲熱和液態(tài)空?儲能通過旋轉(zhuǎn)機(jī)械實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，其系統(tǒng)壽命也主要取決于其主要機(jī)械部件的壽命，因此系統(tǒng)壽命?般較?，介于20?60年之間。儲氫和液流電池通過電化學(xué)?法實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，其系統(tǒng)壽命要短?些，?般認(rèn)為在5?15年之間。?在傳統(tǒng)熱動系統(tǒng)中，循環(huán)?質(zhì)和熱能載體通常是分開的，例如，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)?熔鹽作為儲熱介質(zhì)，?作為循環(huán)?質(zhì)，?和熔之間的熱量傳遞通過換熱器實現(xiàn)，在這個過程中儲熱介質(zhì)和循環(huán)?是完全分開的。與傳統(tǒng)熱動系統(tǒng)不同，液態(tài)空?儲能系統(tǒng)中的儲能介質(zhì)（液態(tài)空?或液態(tài)氮?）同時作為系統(tǒng)的儲能介質(zhì)和循環(huán)?質(zhì)。由于空?和氮的臨界溫度和壓?遠(yuǎn)低于?，因?從熱?學(xué)理論來說?較容易實現(xiàn)超臨界動?循環(huán)。?前，中低溫?zé)?電轉(zhuǎn)換往往以?作為循環(huán)?質(zhì)，例如，聯(lián)合循環(huán)燃?輪機(jī)（CCGT）技術(shù)采?蒸汽循環(huán)來回收布雷頓循環(huán)的余熱，這種?法也?在低溫太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中[21]。然?，由于?的臨界溫度（374℃）?環(huán)境溫度要?得多，其臨界壓?也很?（221bar），使該循環(huán)的相變過程存在較?的換熱溫差，尤其是在蒸汽發(fā)?器中，因此只能在亞臨界或跨臨界區(qū)域運(yùn)?。從熱?學(xué)第?定律不難發(fā)現(xiàn)，這個過程需要消耗?量的有?能，即傳熱過程中熱源和循環(huán)?質(zhì)之間的溫度梯度變化不匹配，這就是所謂的夾點(diǎn)。如果利?低臨界溫度和壓?的?質(zhì)（如制冷劑）代替?作為循環(huán)?質(zhì)，則可避免由于這種因溫度梯度變化不匹配?造成的有?能損失。下?以熱源和循環(huán)?質(zhì)之間的換熱過程為例，來?較各種?質(zhì)利?低品位熱源的性能。假設(shè)循環(huán)?質(zhì)從環(huán)境溫度Ta加熱到TH=400℃，定義以下?量綱數(shù)：（10-5）式中，H是焓，可以理解為某?溫度下的換熱量與整個程熱負(fù)荷總量的?值。假設(shè)環(huán)境溫度為25℃，以?和三種低臨界點(diǎn)的?體（氫?、甲烷和氮?）作為循環(huán)?質(zhì)進(jìn)??較，可得圖10-4。由圖可?，給定?作壓?的情況下，三種低臨界點(diǎn)?體的?熱（圖中曲線的斜率）在整個換熱過程中?致相同且基本保持不變；?以?為循環(huán)?質(zhì)，特別是當(dāng)?作壓?遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其臨界壓?時，?的?熱在相變過程中變化?常?，考慮到?多數(shù)情況下的攜熱介質(zhì)為流體（例如煙?或熱空?），其?熱基本恒定，故雖然以?為循環(huán)?質(zhì)的超臨界壓?條件下的換熱性能與其他?質(zhì)相似（圖10-4中300bar壓?），但傳熱過程中熱源價值顯著降低，??增加了系統(tǒng)設(shè)備成本。圖10-4隨?作質(zhì)冷端溫度變化曲線儲能技術(shù)在電?系統(tǒng)中的應(yīng)?分析液態(tài)空?儲能技術(shù)可以?于調(diào)節(jié)電能的供需平衡，當(dāng)電?供給?于終端??需求時，多余的電能可以?來驅(qū)動液態(tài)空?儲能系統(tǒng)空?液化單元?產(chǎn)液氮或液態(tài)空?。?當(dāng)終端??的?電需求?于電?供給端的供應(yīng)能?時，儲能系統(tǒng)儲存的液氮或液態(tài)空?可?來發(fā)電，彌補(bǔ)電?供給側(cè)發(fā)電能?的不?。液態(tài)空?儲能也可作為傳統(tǒng)基荷發(fā)電?的調(diào)峰或備?電源，這樣可以使基荷發(fā)電?在額定功率運(yùn)?，保證其運(yùn)?效率，達(dá)到簡化設(shè)備操作、延?機(jī)組壽命的?的?較特別的是液態(tài)空?儲能技術(shù)以液氮或液態(tài)空?作為循環(huán)?質(zhì)，可以更?效地回收和利?傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)排放的低品位余熱，提?釋能過程輸出功率和儲能過程效率。圖10-5所?為電?級液態(tài)空?儲能系統(tǒng)的單元操作構(gòu)成圖。低?時段，啟動空?液化單元，使過剩電能以液態(tài)空?的形式儲存起來。這?空?液化過程是：經(jīng)過前處理（去除濕、?氧化碳和顆粒物質(zhì)等）的空?與循環(huán)?體混合并由帶有級間冷卻的壓縮機(jī)壓縮??壓；?壓空?經(jīng)過冷箱冷卻到設(shè)計的最低溫度，再通過節(jié)流/膨脹過程，部分變成液態(tài)空?儲存到深冷儲罐中；其余的（?態(tài)）空?流回冷箱及級間冷卻換熱器，提供部分液化過程所需冷能；液化過程的其余冷能需求則由系統(tǒng)的儲冷單元提供。圖10-5 電?級液態(tài)空?儲能系統(tǒng)的單元操作構(gòu)成圖在?電需求?峰期，液態(tài)空?從深冷儲罐中抽出并加壓，并使其吸收環(huán)境熱升溫膨脹，驅(qū)動透平機(jī)組發(fā)電。在此過程中，液態(tài)空?加壓由低溫泵完成，吸熱通過熱交換器，同時將此過程中釋放的（?級）冷能存儲在儲冷介質(zhì)中；所得?壓空?通過帶有級間再熱器的透平機(jī)組膨脹，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。若余熱可?，則將?壓空?在每級透平進(jìn)?前過熱，以提?出功。由透平機(jī)組出?的尾??于空?前處理單元的再?。上述儲冷介質(zhì)可以為固體或液體，以顯熱形式存儲，也可以?基于潛熱存儲的相變材料，這?考慮顯熱存儲。圖10-5所?為基于液體儲冷介質(zhì)的雙罐型設(shè)計，這種設(shè)計流體流量調(diào)節(jié)?常容易，其傳熱過程調(diào)控簡單；但是由于單種液體很難滿?寬溫域應(yīng)?，所以需要兩種以上的儲冷液體。?前低溫儲冷單元主要使?基于鵝卵?、砂礫和陶瓷等固體材料的填充床設(shè)計，這種設(shè)計顯然?基于液體的雙罐設(shè)計簡單，且?作溫度范圍寬，但其缺點(diǎn)是?溫和低溫介質(zhì)儲存于同?個容器內(nèi)，??內(nèi)部的傳熱會引起較為嚴(yán)重的能級混合。為了解決這?問題，可以采?多個儲冷填充床串聯(lián)的設(shè)計，減?單個儲冷填充床的溫度?作范圍，緩解內(nèi)部傳熱導(dǎo)致的能級混合現(xiàn)象。液態(tài)空?儲能技術(shù)可以為電?提供靜態(tài)和動態(tài)兩種服務(wù)功能。其靜態(tài)服務(wù)主要是按照電?的要求和計劃進(jìn)??容量電能的“吸收”和“釋放”，這個功能的特性可以通過“吸收”和“釋放”的總電量的??來評估。相?之下動態(tài)服務(wù)是指儲能系統(tǒng)對?計劃的突發(fā)情況作出補(bǔ)償服務(wù)和?持，例如負(fù)荷跟蹤、備?、調(diào)頻、補(bǔ)償、?啟動等。液態(tài)空?儲能的效率是決定其靜態(tài)服務(wù)功能和價值的關(guān)鍵，如果釋能過程中的?級冷能不回收利?，其系統(tǒng)效率將低于30%，回收、存儲和再利?這部分冷能于空?液化過程中，可以使系統(tǒng)效率提?到50%?60%。另外，如前所述，合理利?外界低品質(zhì)余熱可以進(jìn)?步提?系統(tǒng)效率，世界?個中試?的運(yùn)?結(jié)果充分證明了這?點(diǎn)——約50%的30?50℃的低品位熱能可以轉(zhuǎn)化為電能，這是其他任何儲能技術(shù)都不能達(dá)到的。液態(tài)空?儲能技術(shù)還具有良好的動態(tài)性能，英國電?短期運(yùn)?備?（shorttermoperatingreserve，STOR）性能標(biāo)準(zhǔn)測試表明世界?個中試?的運(yùn)?可靠性達(dá)到95%以上；該中試?也根據(jù)美國PJM電?市場兼容性測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)?了測試，結(jié)果表明，其兼容性達(dá)到99.8%，這些結(jié)果表明該技術(shù)可以為短期儲能市場和STOR提供優(yōu)質(zhì)的動態(tài)服務(wù)。液態(tài)空?儲能在交通運(yùn)輸中的應(yīng)?液態(tài)空?儲能技術(shù)可以應(yīng)?于?陸交通?？紤]陸上交通，液態(tài)空?儲能技術(shù)釋能過程產(chǎn)?的能量可驅(qū)動發(fā)動機(jī)?作，即以液態(tài)空?或液氮為“燃料”的能量轉(zhuǎn)化裝置?于?輛的動?系統(tǒng)[16?19]。這類技術(shù)對于有制冷要求的?輛（例如冷凍運(yùn)輸）應(yīng)?潛?巨?。類似于靜態(tài)儲能系統(tǒng)，為?輛提供動?的第?步也是液態(tài)空?/液氮的加壓和加熱過程，這個過程可以通過兩種不同的傳熱?式實現(xiàn)，即間接?接觸式傳熱和直接接觸式傳熱兩種?法。采?間接?接觸換熱?法的深冷發(fā)動機(jī)類似于傳統(tǒng)的開?式朗肯循環(huán)，只是?質(zhì)的?作的溫度范圍不同。圖10-6（a）為這種深冷發(fā)動機(jī)的原理?意圖[17]，液態(tài)空??先通過低溫泵加壓?超臨界狀態(tài)；?壓液態(tài)空?在回?zé)崞髦蓄A(yù)熱?化變成?壓空?，并在主換熱器中繼續(xù)加熱到接近環(huán)境溫度；?壓空?通過主換熱器后段的穩(wěn)壓器進(jìn)?膨脹機(jī)（主要是活塞機(jī)）做功；空?膨脹過程中，發(fā)動機(jī)?缸壁通過換熱流體與外界換熱實現(xiàn)接近等溫的膨脹過程，?排出的低壓空?可?來預(yù)熱?壓“燃料”。這種間接?接觸式的換熱?法需要較?和較重的熱交換器來實現(xiàn)?壓?下熱量的有效傳遞。圖10-6 低溫發(fā)動機(jī)?作原理采?直接接觸換熱的深冷發(fā)動機(jī)的換熱是通過傳熱流體和液態(tài)空?之間的直接混合?實現(xiàn)的，這種深冷發(fā)動機(jī)的主要基礎(chǔ)和初期商業(yè)化研究開始于2005年，由英國利茲?學(xué)和HighviewEnterprisesLtd合作進(jìn)?其后的2012年，英國迪?發(fā)動機(jī)公司（DearmanEngineCompany）成?，開始了深冷發(fā)動機(jī)的商業(yè)化開發(fā)20]。圖10-6（b）所?是直接接觸式換熱的深冷發(fā)動機(jī)原理，可以看出，相對于間接?接觸式的深冷發(fā)動機(jī)，直接接觸的換熱?法引?了額外的換熱流體以從外界熱源吸收熱量，從?使得?壓熱交換過程僅僅發(fā)?在汽缸中。其缺點(diǎn)是增加了換熱流體的分離過程，且可能由于分離過程不充分導(dǎo)致?lián)Q熱流體損失，也就是說在運(yùn)??段時間后必須補(bǔ)充換熱流體。類似于應(yīng)?于電?的深冷儲能系統(tǒng)，深冷發(fā)動機(jī)同樣可以?效利?低品位余熱，增加輸出功，特別是把深冷發(fā)動機(jī)和傳統(tǒng)化?燃料發(fā)動機(jī)集成后，深冷發(fā)動機(jī)可以將內(nèi)燃機(jī)?溫尾?所含熱能的50%左右轉(zhuǎn)化為功輸出。液態(tài)空?儲能技術(shù)的集成應(yīng)?本節(jié)以?個具體例?進(jìn)?步說明液態(tài)空?儲能技術(shù)的集成應(yīng)?優(yōu)勢和潛?，包括與燃?透平調(diào)峰電站、太陽能熱發(fā)電、核電站和液化天然?再?化等的集成。液態(tài)空?儲能與燃?輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的集成電?級液態(tài)空?儲能系統(tǒng)的空?液化單元?般不包括空?分離過程，也就是說空?液化裝置的最終產(chǎn)品為液態(tài)空?。?前?規(guī)?？辗窒到y(tǒng)的最終產(chǎn)品常常包括?態(tài)或液態(tài)的氧、氮、氬?等，因此，如果對這些空?產(chǎn)品有需求，液態(tài)空?儲能系統(tǒng)可以提供這些產(chǎn)品，即儲能的同時，?產(chǎn)供應(yīng)?純度氧等作為副產(chǎn)品，以進(jìn)?步提?其運(yùn)?的經(jīng)濟(jì)性?；谶@?思想，本章作者提出了燃?輪調(diào)峰電站與液態(tài)空?儲能的集成技術(shù)[10，11]，其?藝流程如圖10-7所?。該集成技術(shù)利?液態(tài)空?儲能系統(tǒng)的空?液化單元?產(chǎn)氮和氧，將所產(chǎn)氮?于儲能，?氧?于燃?輪機(jī)?富氧燃燒。圖10-7 液態(tài)空?儲能與燃?電站集成系統(tǒng)?意圖ASU—空?分離單元；GT—燃?透平；HT/LT—?/低壓透平；B—燃燒室；HE—換熱器；C—壓縮機(jī)；WS—?分離器；P—深冷泵；CS—CO2分離器；G—發(fā)電機(jī)從熱?學(xué)?度看，以上技術(shù)集成了閉路燃?輪機(jī)的布萊頓循環(huán)和以氮?為?質(zhì)的開路循環(huán)，其?藝流程如下：在低?時段，多余?驅(qū)動空?分離設(shè)備以及?體液化設(shè)備?產(chǎn)氧和氮。所產(chǎn)?的氧和氮分別存儲在各?儲罐中；在?峰時段，天然?通過壓縮機(jī)C1加壓??作壓?，與氧?以及少部分氦?混合并在燃燒室（B）中實現(xiàn)富氧燃燒，燃燒產(chǎn)物主要是由CO2、H2O、He組成的?溫?壓煙?，這?氦?的加?主要是為了降低燃?溫度，使其滿?燃?輪機(jī)透平（GT）最?使?溫度，同時提供循環(huán)?質(zhì)（即氦?在系統(tǒng)中作為循環(huán)?質(zhì)使?，從理論上并不消耗）；經(jīng)過燃?透平膨脹做功后的燃燒產(chǎn)物——氦混合物隨后通過?系列熱交換器（HE1、HE2和HE3），與以液?質(zhì)的開路動?循環(huán)過程進(jìn)?熱交換實現(xiàn)最?程度的余熱和余冷利?；在余熱和余冷回收過程中，燃燒產(chǎn)物——氦混合?中的?蒸?通過?分離器（WS）去除，??氧化碳則在深冷分離器CS（CO2的三相點(diǎn)為5.18bar和-56.6℃）中通過凝固過程以?冰的形式分離出來；去除?和CO2之后的循環(huán)?質(zhì)（氦?）經(jīng)HE3進(jìn)?步冷卻，經(jīng)壓縮機(jī)C2升??作壓?，再經(jīng)HE2和HE1預(yù)熱后返回燃燒室。同時，對于開路氮?動?循環(huán)，儲罐中的液氮通過低溫泵加壓??作壓?后，經(jīng)熱交換器（HE3、HE2和HE1）逐級加熱，再經(jīng)過帶有級間再熱功能透平機(jī)組（HT和膨脹，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電；膨脹后的氮?返回空?分離單元，?于空?前處理。綜上所述，以上技術(shù)是由?個以He/CO2/H2O作為循環(huán)?質(zhì)的閉?布雷頓循環(huán)和?個以氮?為循環(huán)?質(zhì)的開?式直接膨脹循環(huán)組的，系統(tǒng)中的5→6→8→9→11→12→13→14→15→16→4為閉?布循環(huán)；系統(tǒng)中18→20→21→23→24→25→26為開?直接膨脹循環(huán)。在?電?峰時段，這兩個循環(huán)同時開啟?于產(chǎn)?峰值電?。由于尾?中的CO2被全部捕獲，整個循環(huán)過程的實際排放產(chǎn)物僅為?和氮?。本章作者的研究表明，以上集成系統(tǒng)的最優(yōu)儲能效率接近70%，同時可以捕集煙?中的CO2并以?冰的形式儲存；經(jīng)濟(jì)性分析表明，若集成系統(tǒng)?于電?的削峰填?，其經(jīng)濟(jì)性能（建設(shè)成本和?峰期?電成本）與沒有安裝碳捕集系統(tǒng)的天然?聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)，但要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于帶有碳捕集功能的天然?聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。液態(tài)空?儲能與聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的集成如前所述，在釋能過程加?低品質(zhì)熱可以有效地提?液態(tài)空?儲能系統(tǒng)的功率輸出及效率，這種低品位熱可以是?業(yè)?產(chǎn)過程產(chǎn)?的余熱，也可以是來?太陽輻射的可再?熱。近年來，聚光太陽能技術(shù)，特別是太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?分迅速，但由于其運(yùn)?溫度低于傳統(tǒng)基于化?燃料的發(fā)電系統(tǒng)，所采?的?蒸?朗肯循環(huán)為亞臨界循環(huán)，熱電轉(zhuǎn)化效率較低?；谶@個背景，本章作者提出了液態(tài)空?儲能技術(shù)與聚光太陽能熱發(fā)電技術(shù)的系統(tǒng)集成的思想[21]，下?將舉例說明這種思想可以?幅度提?系統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換效率。圖10-8所?為本章作者所提出的液態(tài)空?儲能技術(shù)與聚光太陽熱發(fā)電技術(shù)的系統(tǒng)集成?意圖，該系統(tǒng)由基于空?的開式循環(huán)（其本質(zhì)上是液態(tài)空?儲能的釋能單元）和中低壓閉式布雷頓循環(huán)組成。以布雷頓循環(huán)取代常?的朗肯循環(huán)可實現(xiàn)更為?效的換熱過程