二氧化碳压缩机在储能系统中的应用

发布时间:2024-06-19 16:18:01 来源: 优尼捷点击量: 256

二氧化碳储能（CCES），是一种气液互转、两态协同储能技术，其基本原理是在用电低谷期，利用余电将常温常压的二氧化碳气体压缩为液体，并将压缩过程中产生的热能储存起来；在用电高峰期，利用存储的热能加热液态二氧化碳至气态，驱动透平发电。
由于CO2在释放储存能量时膨胀速度较快，因此与CAES（空气储能）系统相比CCES系统的响应速度更快，通常其可用分钟级来衡量。同时，CCES系统规模可以为几十千瓦到几百兆瓦，灵活性较高。基于CCES系统响应速度快、灵活性高的特点通常适用于以下应用场景。
CCES系统主要由二氧化碳储罐、压缩机、透平、蓄热蓄冷子系统组成。二氧化碳压缩机作为系统储能阶段中的关键设备，其性能的优劣直接影响着系统的转换效率。其中活塞式压缩机是应用最广泛的往复式压缩机；对比各类压缩机的特点与适用范围可得：活塞式压缩机适用于高压力、中小流量以及较小排气量的压缩需求。二氧化碳活塞式压缩机因其结构特点，应用领域广泛，更加适用于储能系统和工业制冷。
CCES系统中活塞式压缩机存在的问题及措施
针对储能系统来说，对压缩机效率的评价指标主要采用压缩机的绝热效率。压缩机作为CO2储能系统中的重要部件之一，其绝热效率的大小直接影响着整个储能系统的循环效率。
压力损失对绝热效率有影响。气体在进入或排出气缸前后，需经过滤清器、气阀、冷却器、管道等一系列阻力元件，从而产生流动阻力造成压力损失，其中产生的压力损失以经过气阀阻力元件为主。在气体进入和排出气缸时，气体需要克服气阀弹簧力及阀片惯性力，这会导致其实际进出气压力分别低于和高于名义进出气压力。这种情况会导致压缩机实际指示功率变大，从而影响其绝热效率。
气体泄漏对绝热效率有影响。进、排气阀密封不好，活塞环、填函的密封性能不佳等都会引起气缸内气体向外泄漏或由相邻高压级向低压级气缸泄露。由于气体泄漏的影响，压缩机实际排出的气体量减小，气缸利用率降低，功率损耗增加，绝热效率减小。
措施：优化进、排气管道与气阀设计。在进、排气管道设计过程中应尽量使得管道内壁光滑，同时保证压缩机在工作时管道不曲折，减少阻力损失。在气阀设计方面，应选择合适的气阀参数（气阀升程、弹簧刚度、气阀质量以及阀口面积等）与气体力相匹配。针对气体泄漏问题，可提高气缸、活塞环等元件的加工精度，合理优化活塞和缸体的几何结构，避免缸体和活塞间存在泄漏缝隙。除此之外，还应采用多道活塞环以起到多次节流的作用，增强压缩机的密封性，减少泄漏。
面对全球能源结构转型压力和大规模清洁物理储能技术应用的紧迫需求，二氧化碳储能(CCES)技术是一种具备长时间、稳定、高效储能特性且行业吸引性高的新型清洁物理储能技术。随着不断研究与创新，二氧化碳储能必将朝着高性能、低成本、规模化、多应用场景的方向发展，从而为未来以可再生能源为主的能源体系和多能源协同互补网络提供重要解决方案。
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