西安交通大學開展絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)在中國的技術(shù)經(jīng)濟與環(huán)境綜合評價分析
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技術(shù)領(lǐng)域：壓縮空氣儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性分析
開發(fā)單位：西安交通大學 李瑞雄
文章名稱：Ruixiong Li, Haoran Zhang, Hao Chen, et al. Hybrid Techno-Economic and Environmental Assessment of Adiabatic Compressed Air Energy Storage System in China-Situation. Applied Thermal Engineering, 2021.
技術(shù)突破：提出混合動力生命周期優(yōu)化框架，通過將生命周期分析與多目標優(yōu)化相結(jié)合，對絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟和環(huán)境性能進行權(quán)衡。結(jié)果表明，基于中國2010年電力結(jié)構(gòu)，充放電對二氧化碳排放、能源和水消耗的占據(jù)比例最大（超過90%），系統(tǒng)部件制造其次，特別是蓄熱部件。
應用價值：為決策者實現(xiàn)改變?nèi)济弘姀S發(fā)電結(jié)構(gòu)、降低燃煤電廠排放強度等目標提供指導。
絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)（ACAES）主要由壓縮機（Comp）、膨脹機（Tur）、儲氣罐（AST）、換熱器（HE，間冷器和再熱器）和蓄熱罐（TES）組成，有必要通過建立一個集成的混合生命周期評估（LCA）模型，以系統(tǒng)地評估電力系統(tǒng)供電、主要部件的制造、施工和拆除等因素對ACAES系統(tǒng)造成的影響。
圖1 系統(tǒng)評估的生命周期邊界
來自西安交通大學的研究人員使用混合系統(tǒng)生命周期的優(yōu)化（HLCO）模型（如圖）開展了相關(guān)研究，其中，ACAES系統(tǒng)的熱力學模型輸出設(shè)備的運行參數(shù)，以及LCA模型和投資成本模型，從而分別計算總成本和環(huán)境排放量。所有的計算均在系統(tǒng)的設(shè)計條件下進行，結(jié)果表明，絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的投資成本越低，對整個生命周期的環(huán)境影響就越高?；?010年的電力結(jié)構(gòu)，充放電對二氧化碳排放，能源和水消耗的占據(jù)比例最大（超過90%）；系統(tǒng)部件制造其次，特別是蓄熱部件（在制造階段，其CO2排放占96.5%，水和能源消耗分別占86.7%和99%）。同時，應當考慮環(huán)境影響方面的區(qū)域差異，絕熱壓縮空氣儲能裝置在其使用壽命期間對環(huán)境的影響與當?shù)仉娋W(wǎng)發(fā)電的高環(huán)境效益有關(guān)。
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開發(fā)單位：德黑蘭大學，S.M. Alirahmi；A.R. Razmi；A. Arabkoohsar.
文章名稱：Seyed Mojtaba Alirahmi, Amir Reza Razmi, Ahmad Arabkoohsar. Comprehensive Assessment and Multi-Objective Optimization of a Green Concept Based on a Combination of Hydrogen and Compressed Air Energy Storage (CAES) Systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021.
技術(shù)突破：提出一種新型高效、環(huán)保的壓縮空氣儲能耦合能源系統(tǒng)，從熱力學和經(jīng)濟學的角度進行精確分析后的結(jié)果表明，以洛杉磯歷史數(shù)據(jù)為例，可減少3313噸/年的二氧化碳排放，從而減少約8萬美元/年的環(huán)境成本，系統(tǒng)投資回收期小于4.6年。
應用價值：可實現(xiàn)零溫室氣體排放，同時有效并經(jīng)濟地解決可再生能源供應電網(wǎng)的間歇性和高峰時段電力短缺問題。
來自德黑蘭大學的研究人員提出一種新型壓縮空儲能耦合系統(tǒng)，下圖表明了該新型系統(tǒng)的組成及原理，該系統(tǒng)由太陽能驅(qū)動的布雷頓循環(huán)、循環(huán)蒸汽渦輪機（SRC）、壓縮空氣儲能系統(tǒng)（CAES）、熱電發(fā)電機（TEG）和質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽等5個主要單元組成，具備晝夜綠色發(fā)電的能力。充電過程，布雷頓循環(huán)提供電網(wǎng)所需的電力，剩余的電力被傳輸?shù)紺AES機組，以產(chǎn)生和儲存壓縮空氣，供高峰時期使用；放電過程，儲存的壓縮空氣被釋放出來進行發(fā)電。
圖2 新型混合系統(tǒng)的組成
該混合系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：一是CAES系統(tǒng)的零溫室氣體排放（通過利用太陽能熱，用氫氣代替甲烷作為燃燒室的燃料）；二是提供一種電網(wǎng)規(guī)模的混合發(fā)電/存儲技術(shù)，有效經(jīng)濟地解決可再生電力供應電網(wǎng)的間歇性和高峰時段電力削減問題。研究人員從熱力學、?經(jīng)濟學和環(huán)境角度對該系統(tǒng)進行了深入研究，并以美國洛杉磯為例，進行了多目標優(yōu)化。結(jié)果表明，在多目標優(yōu)化的最優(yōu)解下，該系統(tǒng)?的往返效率為60.4%，總成本為117.5$/GJ。將該系統(tǒng)應用于具有真實歷史數(shù)據(jù)的洛杉磯的案例發(fā)現(xiàn)：將減少3313噸/年的二氧化碳排放，從而減少了約8萬美元/年的環(huán)境成本；此外，經(jīng)濟學分析表明，該系統(tǒng)的投資回收期小于4.6年。
