超临界压缩空气储能系统蓄冷换热器优化设计

吴玉庭，宋阁阁，张灿灿，寇真峰，鹿院卫

（北京工业大学环境与生命学部，传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室，北京 100124）

要实现2030年碳达峰和2060年碳中和的目标，可再生能源的高比例利用是可行的实现途径。可再生能源具有不稳定的特点，要实现高比例可再生能源利用必须配备足够容量的储能装置。抽水储能已经实现了大规模的安装和应用，但由于地形条件的限制，抽水储能进一步增长的空间有限，单靠抽水储能无法满足未来高比例可再生能源的需求，因此迫切需求新型的大容量储能技术。中国科学院工程热物理研究所提出的超临界压缩空气储能技术(原理如图1所示)克服了传统压缩空气储能技术对大容量洞穴的限制，是一种非常有前景的大规模储能技术。储冷换热器是超临界压缩空气储能的关键部件，它的储冷效率和成本对超临界压缩空气储能的效率和成本有着重要影响[1-4]，因此进行超临界压缩空气储能系统蓄冷换热器效率和成本的优化是非常必要的。

图1 超临界压缩空气储能系统原理图Fig.1 The schematic diagram of the supercritical compressed air storage system

超临界压缩空气储能系统蓄冷装置蓄冷释冷的温区为0～-196 ℃，温度跨度大，要求固体储冷材料在这个温度区间要有较高的比热容。Hüttermann等[5]对岩石等填充床内蓄冷材料热物性进行了研究，结果发现蓄冷材料在蓄冷释冷过程中热物性变化很大，对系统效率有一定影响。对13种固体蓄冷材料在蓄冷温区内的比热容和蓄冷成本进行比较后发现，固体氯化钠在蓄冷温区内比热容减小的幅度小，蓄冷成本最低[7]。……