到目前为止,电网和工业的脱碳与大量可变可再生能源 (VRE) 电力(主要是风能和太阳能光伏)的安装齐头并进。然而,如果要在不损害行业可靠性和成本效益的情况下实现碳中和,这还不够,而且电化学电池无法提供最终用户所需的众多服务和规模。除了 VRE,还需要其他技术,用于有效的气体压缩和运输、电网平衡、碳捕获,以及非常重要的能源。在后一类中,技术正在发展成为电池的可行替代品,用于一系列储能应用,例如抽水蓄能、压缩空气、飞轮、泵送热量、液态空气、热/冷、氢气、氧气、重力和其他热机械化学存储方法。这些都在快速推进商业化,并将与电池竞争,以满足广泛的电网和工业存储需求。
摘要。由于降低温室气体排放和提供多种电力供应的需求,世界各地的发电方式正在发生巨大变化。储能技术被认为是应对这些挑战的基础技术,具有巨大的潜力。本文介绍了压缩空气储能 (CAES) 的当前发展和可行性,并为即将到来的技术进步提供了启示。本文介绍了 CAES 的各种主要类别(高级绝热 CAES、液态空气储能和超临界 CAES)。与其他储能技术相比,CAES 被认为是一种新鲜绿色的储能技术,具有高容量、高功率等级和长期存储的独特优势,以及低功率密度、高运输损耗和地质限制的缺点。CAES 被认为是一种有前途的技术,能够应用于可再生能源生产、热电联产、分布式能源和微电网系统。它也被认为将来会与其他技术相结合,例如可再生能源、燃气轮机、固体氧化物燃料电池和其他系统。
液态空气储能 (LAES) 是一种有前途的净零转换储能技术。对于使用 LAES 的微电网,市场电价会在系统内产生很大的不确定性。为了解决这个问题,信息缺口决策理论 (IGDT) 方法已被证明是一种解决系统运行不确定性的有效工具。IGDT 方法是一种旨在解决不确定性的决策工具,它可以在信息稀缺的情况下显著提高决策能力。此外,状态转换算法 (STA) 是一种利用结构学习的高度智能优化算法。本研究提出了一种新颖的 IGDT-STA 混合方法,用于解决具有 LAES 的微电网的最优运行,同时考虑市场电价的不确定性。IGDT-STA 为规避风险或承担风险的决策者提供了两种不同的策略。这些策略随后由 STA 方法优化。此外,IGDT-STA 在多代理框架内实施,以增强系统灵活性。通过案例研究发现,IGDT-STA与IGDT-遗传算法、随机方法和蒙特卡洛方法相比具有良好的性能。
长时储能 (LDES) 技术可长时间 (> 8 小时) 储存能量,然后通过再转换或作为不同载体在延迟时间使用。LDES 可为可再生能源提供曲线平滑和限电避免。LDES 解决方案包括:• 电化学 (电能到电能):例如液流电池、金属空气。• 机械 (电能到电能):抽水蓄能或其他不太传统的技术,如压缩空气或液态空气。• 热能 (电能到热能):储能,例如熔盐或储能砖。• 化学 (电能到 x):在将氢或氨用作燃料或化学原料之前进行储存。目前,抽水蓄能是最成熟的 LDES 技术,但由于靠近水和海拔等地理需求而面临限制。因此需要其他 LDES 解决方案。具体而言,热能 LDES 解决方案具有安装技术简单的优势。热能 LDES 还可以取代区域供热中的化石火力发电厂,并且在短期内与化石热源相比具有成本竞争力,特别是在可再生能源成本较低或可再生能源受限的地区。
可再生能源在能源系统中的份额不断增加,需要储能技术来处理间歇性能源和变化的能源消耗。液态空气储能 (LAES) 是一种很有前途的技术,因为它具有高能量密度并且不受地理限制。通过在 LAES 中使用热能和冷能回收循环可以获得相对较高的往返效率 (RTE)。在本文中,针对独立 LAES 系统优化并比较了与不同冷能回收循环相关的七种案例。首次考虑使用多组分流体循环 (MCFC) 和有机朗肯循环 (ORC) 作为 LAES 中的冷回收循环。最优结果表明,具有双 MCFC 的 LAES 系统性能最佳,RTE 为 62.4%。通过将高温热交换器的最小温差从 10 C 降低到 5 C,可将此 RTE 进一步提高到 64.7%。优化结果还表明,冷能回收系统中使用的 ORC 不产生任何功,只发生工作流体的相变,因此不应使用它们。最后,应用能量传递效率来测量充电和放电过程的热力学性能。© 2021 作者。由 Elsevier Ltd. 出版。这是一篇根据 CC BY 许可开放获取的文章(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。
摘要 液态空气储能 (LAES) 处于中试规模。空气冷却和液化可储存能量;再加热可使空气在压力下重新蒸发,为涡轮机或发动机提供动力 (Ameel 等人,2013)。液化需要去除水和二氧化碳,防止结冰。本文提出随后对这种二氧化碳进行地质储存——为储能行业提供一种新型二氧化碳去除 (CDR) 副产品。它还评估了实施这种 CDR 方法的规模限制和经济机会。同样,现有的压缩空气储能 (CAES) 使用空气压缩和随后的膨胀。CAES 还可以增加二氧化碳洗涤和随后的储存,但需要额外付费。CAES 每公斤空气储存的焦耳比 LAES 少——每储存焦耳可能洗涤更多的二氧化碳。本世纪,实际运营的 LAES/CAES 技术无法提供全面的 CDR(Stocker 等人,2014 年),但它们可以提供 LAES 预计的 CO 2 处理量的约 4% 和当前技术 CAES 的不到 25%。本世纪,LAES CDR 可能达到万亿美元的规模(至少 200 亿美元/年)。由于需要额外的设备,改进的传统 CAES 存在更大但不太确定的商业 CDR 机会。CDR 对 LAES/CAES 使用量增长可能具有商业关键性,而必要的基础设施可能会影响工厂的规模和布局。理论上,低压 CAES 的建议设计在一个世纪内提供了全球规模的 CDR 潜力(忽略选址限制)——但这必须与竞争的 CDR 和储能技术进行成本核算。
摘要 — 本综述文章全面分析了热能存储 (TES) 在热电联产 (CHP) 电厂中的热力学应用。TES 技术在 CHP 系统中的集成已引起越来越多的关注,成为提高能源效率、提高系统灵活性和优化热电资源利用的一种手段。通过对现有文献的全面审查,本综述重点介绍了该领域的主要发现、挑战和机遇。本综述首先讨论了 TES 和 CHP 系统的原理,概述了它们在储能和同时进行热电联产方面的各自优势。然后,它深入研究了适合与 CHP 电厂集成的各种 TES 技术,包括显热存储、潜热存储和热化学存储。在 CHP 应用的背景下分析了每种技术的优势和局限性。本综述的很大一部分重点介绍了通过在 CHP 电厂中集成 TES 实现的性能增强。对评估 TES 对 CHP 系统的效率、负载平衡和操作灵活性的影响的研究进行了严格审查。分析强调了 TES 缓解可再生能源间歇性挑战的潜力,以及它在支持电网稳定性和需求响应计划方面的作用。此外,审查还涉及热电联产厂实施 TES 的技术经济方面。讨论了各种研究集成系统的成本效益投资回报和总体经济可行性的研究。此外,它强调了生命周期评估在评估 TES 集成热电联产的环境效益和可持续性影响方面的重要性。审查了几个实际案例研究和试点项目,以深入了解 TES 在现有热电联产厂的实际应用。这些案例研究提供了有关系统设计考虑、性能优化和实施经验教训的宝贵信息。关键词:可再生能源、储能、液态空气、热力学
全球可再生能源技术调查 我有时会被问到:哪些可再生能源发电和存储技术真正具有全球可扩展性?所以我想列出我能想到的那些。发电:太阳能光伏、太阳能热能、风能(海上和陆上)、潮汐范围(拦河坝)、少量废物转化为能源。存储:绝热 CAES(压缩空气储能),例如 Storelectric,小型(国内)和中型(局部)热存储。抽水蓄能,在少数具有成本效益的地方,不会淹没重要土地,而且无法建造 CAES;液态空气具有相同的条件,但成本更高,规模更小。零碳但并非严格意义上的可再生:核裂变,前提是环保主义者允许将其废物永久处置在某处,尤其是玻璃化并放置在海床下的矿井中。更少的地方:水力发电(但它会给河流和河流流域带来大问题)、潮汐流(涡轮机)。非常有限:生物质能、地热能(但我不喜欢冷却地核的想法)、CCS 发电与需要大量 CCS 的工业集群共存 - 尽管最后一个既不是可再生也不是特别绿色(除非在生物质能工厂),因为它只能捕获高达约 80% 的排放量。我们应该将非发电技术需求侧响应 (DSR) 添加到这个列表中,它也有许多其他委婉说法,例如智能电网和超级用户。这涉及在需要时关闭/减少需求,并在稍后(或更早)弥补。适用于短时间(10-30 分钟),其容量约为电网发电容量的 2%(约 6% 分成三个部分,在短时间内使用多次)用于非车辆充电;对于车辆充电,比例和持续时间要大得多(可能是 3 倍)。从这个意义上讲,它是现存最具成本效益的“发电”技术;在更大程度上,它变成了轮流停电。互连器也有其用途。只有在互连器另一端的国家有足够的可调度(=按需)电力为其他国家预留时,它们才可以用于进口;否则依赖必然会导致停电。除此之外,它们的正确用途是通过增加每个国家的竞争来保持发电价格低廉。不太可能:潮汐泻湖(成本是拦河坝的 3 倍,能量输出要有限得多)、波浪(环境过于恶劣和多变)。