为了鼓励脱碳并推动可再生能源在所有能源领域的广泛渗透,开发高效的能源存储系统至关重要。有趣的电网规模电力存储技术是卡诺电池,其工作原理是基于以热能的形式储存电能。充电阶段通过热泵循环进行,放电阶段通过热机进行。由于涉及热能和电能流,可以采用卡诺电池为热电能源系统提供更大的灵活性。为此,需要有效的调度策略来管理不同的能量流。在此背景下,本文提出了一种详细的基于规则的控制策略来调度集成到区域供热变电站和光伏电站的 10 kWe 可逆热泵/有机朗肯循环卡诺电池的协同工作,以满足当地用户的热能和电力需求。卡诺电池与区域供热变电站的结合,可以通过卡诺电池储存的热能来降低热能需求峰值,从而缩小区域供热变电站的规模,并大幅降低投资成本。由于所涉及的能量流多种多样,运行模式也多种多样,因此开发了一种卡诺电池调度逻辑,以根据边界条件最大限度地降低系统运行成本。为了研究主要系统设计参数的影响,采用了详细而精确的卡诺电池模型。研究了两种具有不同热泵冷源布置的参考系统变体。在第一种情况下,热泵从免费废热中吸收热能。在第二种情况下,热泵冷源是区域供热变电站的回流分支。模拟结果表明,在第一种情况下,卡诺电池可以使区域供热变电站的规模缩小 47%,每年可带来 5000 多欧元的收益。大约 70% 的经济效益归因于可以减少区域供热变电站的功率大小,从 300 kW 减少到 500 kW 以上。估计回收期不到 9 年,而在第二种情况下,卡诺电池无法提供收益。最后,通过广泛的敏感性分析研究了一些参数(例如光伏电站表面、存储量、电价曲线和可逆热泵/有机朗肯循环特定投资成本)对系统技术经济性能的影响。根据结果,光伏板表面对经济收益没有显著影响,而存储容量对系统调度和运营成本有很强的影响。事实上,可以确定,对于所考虑的应用,13 m 3 是可使回收期最短为 8.22 年的存储量大小。如果热能价格不上涨,而电价上涨,则会导致经济收益下降,因为从经济平衡来看,缩小区域供热规模所带来的好处并不那么重要。可逆热泵/有机朗肯循环的单位投资成本不影响运行成本;因此,它不会改变卡诺电池管理,也不会改变经济收益。单位投资成本影响回收期,回收期从单位成本 2000 欧元/千瓦时 (€2000) 的 8.6 年增加到单位成本 5000 欧元/千瓦时 (€2000) 的 15.7 年。
该项目打算通过将地下盐水中的提取与相关的地热植物结合到封闭的液体周期,锂提取厂(LEP)(LEP)和有机兰克循环植物(ORC)(ORC)将lith lithium Extract(ICPP)组合在一起(ICPER)(ICPER)(glep),将其与地热循环(glep)组合在一起,从而产生24 kt/yr的电池质量氢氧化物氢氧化锂。大约16公里。还将建造一个单独的氢氧化锂精炼厂(CLP)。此外,该项目每年将产生多达560 gwh的热量,并最多可产生275 gwh的电力,以覆盖其自身的大部分消费和附近城镇地区供暖的热量,从而以零排放为目标。该项目将主要位于德国的上莱茵河上游,这是欧洲最大的锂资源之一。该项目的一个组成部分位于法兰克福附近的工业园区。
这项研究评估了四种情况下聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)的废热的利用:热量和功率组合(CHP),合并的冷却,加热和功率(CCHP),合并的冷却和功率(CCP),以及与有机兰克(Orc Cyce)一起产生有机的电力(ORC)。该方法涉及热力学建模和参数分析,以评估能源效率,节省燃料和环境影响。CCHP方案表明,总体系统效率最高,为87%,可节省46%的燃料和降低55%的CO₂排放量。ORC方案利用废物来发电,可实现41%的电效率,总体效率为68%,节省了26%的燃料和49%的CO₂排放量。这项研究表明,整合CCHP系统在能源,环境和经济指标之间提供了卓越的性能。这些发现通过优化废物恢复,减少排放并根据消费者需求和运营条件提供量身定制的解决方案来促进可持续能源系统。
德国纽伦堡能源园区建造并研究了一种新型泵式热能存储 (PTES) 系统,该系统配有热泵 (HP) 和有机朗肯循环 (ORC)。其基本思想是,白天的剩余电力通过 HP 转换为热量,并储存在显热热水储能器中。这使得光伏电力等可以从白天转移到晚上,因为存储的热量可以在晚上通过 ORC 转换回电能。为了检验该系统的经济效率,使用 AnyLogic 模拟软件建立了动态模拟。对于一个拥有 40 户人家的小社区,结果表明,在目前的德国市场条件下,如果不大幅降低 PTES 的成本,就不可能实现经济使用。然而,考虑到德国上网电价发展的当前趋势,未来几年内将有可能实现经济使用。关键词:储能、卡诺电池、泵式热能存储、动态模拟、经济评估
初步观察记录于 19 世纪初欧洲工业革命期间。在此期间,多条铁路、重型机车和发动机在经过长时间运行后意外发生故障。1829 年,W.A.S. Albert 在对铁链进行循环载荷试验时发现了这种故障 [1,2]。随后,在 1837 年,他在一本杂志上报道了循环载荷与金属寿命之间的关系。根据这一观察,铸铁车轴设计师 J.V. Poncelet 使用了“fatigare”一词,英国的 F. Brainthwaite 于 1854 年将其命名为疲劳 [3,4]。1842 年,法国凡尔赛附近发生了最严重的铁路灾难之一。途中几台机车的车轴断裂。经 W.J.M. 检查后,英国铁路的 Rankine 发现后,证实车轴发生了脆性断裂 [2]。根据这一观察,August Wöhler 在机车车轴失效方面进行了一些开创性的工作,为疲劳理解奠定了基础。Wöhler 绘制了克虏伯车轴钢数据与应力 (S) 和失效循环数 (N) 的关系图。该图后来被称为 S-N 图 [5,6]。S-N 图可用于预测金属的疲劳寿命和持久极限,即应力的极限阈值,低于该阈值,工程材料将表现出很高或无限高的疲劳寿命。因此,A. Wöhler 被认为是现代疲劳技术的鼻祖 [7]。1886 年,J. Bauschinger 发表了第一篇
随着可再生能源在能源系统中的使用越来越多,由于太阳能和风能等能源的间歇性,电网稳定性成为一个主要问题。为了弥补可再生能源的不稳定,存储技术已被视为有效的方法。液态空气储能 (LAES) 因其固有优势而受到广泛关注:不受地理限制和能量密度高。本文对存储容量为 10 MW / 80 MWh 的 LAES 系统进行了技术经济分析。根据净现值 (NPV) 和回收期对 LAES 的三种不同布局进行了评估和比较。经济结果表明,采用 2 级压缩机和 3 级膨胀机的 LAES 系统(案例 1)的净现值最大,为 91810 万美元,比采用 4 级压缩机和 4 级膨胀机且不带(案例 2)/带(案例 3)附加有机朗肯循环 (ORC) 的系统高出 33.7% 和 10.7%。此外,案例 1 的投资回收期最短,为 6.2 年,而案例 2 和 3 的投资回收期分别为 6.9 年和 6.4 年。这意味着案例 1 是所研究的 LAES 系统最有利可图的布局。
1 Inl-国际伊比利亚纳米技术实验室,超快生物和纳米光子学,AV。大师JoséVeigaS/N,4715-330 Braga,葡萄牙2詹姆斯·瓦特工程学院,格拉斯哥大学兰金·布丁大学,苏格兰奥克菲尔德大街,苏格兰,G12 8LT,英国英国3,英国3个学院Enhendrik Casimir Institute,Eindhoven技术大学,5600 MB Eindhoven,荷兰5 Centra-Ciênciasand Slections,Lisbon科学系,1749-016 Lisbon,Lisbon,Lisbon,Lisbon,Lisbon,Lisbon,葡萄牙6应用计算机和社区代码(IAC-3)。巴利阿里群岛大学,Carretera de Valldemosa,KM。7.5,棕榈07122,西班牙7物理学系。巴利阿里群岛大学,Carretera de Valldemosa,KM。7.5,棕榈07122,西班牙8 IQE PLC,加的夫CF3 0LW,英国9 IBM Research -Zurich,8803Rüschlikon,瑞士,瑞士∗作者,与之相应。
能源效率是降低水泥过程和遏制碳排放的最有效措施之一。提高能源效率的干预区域与热能收集有关。水泥制造工艺需要大量的热量,但由于能量转化的效率低下,几乎40%的它变成了排气热,但没有开发。这代表了废热恢复(WHR)的重要机会,可以极大地提高整体效率。根据Persson等人的分析。在KC ORC关于欧洲能源密集型行业的研究中,热能仅用于总能量输入的25%,这意味着目前浪费了从初级燃料中获得的热能的75%。1分析确定了1175个欧洲工业地点,其废热电位超过50 mW。通过在本研究中映射的水泥厂中恢复估计的废热,可以使用有机兰金循环(ORC)技术产生大约447.3 MW的电力。
1 Inl-国际伊比利亚纳米技术实验室,超快生物和纳米光子学,AV。大师JoséVeigaS/N,4715-330 Braga,葡萄牙2詹姆斯·瓦特工程学院,格拉斯哥大学兰金·布丁大学,苏格兰奥克菲尔德大街,苏格兰,G12 8LT,英国英国3,英国3个学院Enhendrik Casimir Institute,Eindhoven技术大学,5600 MB Eindhoven,荷兰5 Centra-Ciênciasand Slections,Lisbon科学系,1749-016 Lisbon,Lisbon,Lisbon,Lisbon,Lisbon,Lisbon,葡萄牙6应用计算机和社区代码(IAC-3)。巴利阿里群岛大学,Carretera de Valldemosa,KM。7.5,棕榈07122,西班牙7物理学系。巴利阿里群岛大学,Carretera de Valldemosa,KM。7.5,棕榈07122,西班牙8 IQE PLC,加的夫CF3 0LW,英国9 IBM Research -Zurich,8803Rüschlikon,瑞士,瑞士∗作者,与之相应。
生产清洁能源和减少能源浪费对于实现联合国可持续发展目标(如可持续发展目标 7 和 13)至关重要。这项研究分析了多兆瓦级绿色氢气生产中废热回收的技术经济潜力。一个 10 MW 质子交换膜电解过程被建模为一个热回收系统和一个有机朗肯循环 (ORC) 来驱动氢气的机械压缩。技术结果表明,当实施与 ORC 相结合的废热回收时,电解器的第一定律效率从 71.4% 提高到 98%。ORC 可以产生足够的功率来驱动氢气的压缩,从电解器出口压力 30 bar 到 200 bar。进行了经济分析以计算系统的平准化氢气成本 (LCOH) 并评估实施与 ORC 相结合的废热回收的可行性。结果表明,电价决定了 LCOH。当电价较低时(例如专用海上风电),实施热回收的 LCOH 较高。额外的资本
