工程熱物理所壓縮空氣儲能研究取得進展

發布時間：2014-10-30 10:51 原文鏈接：工程熱物理所壓縮空氣儲能研究取得進展

　　中國科學院工程熱物理研究所提出并擁有完全自主知識產權的超臨界壓縮空氣儲能技術，具有效率高、儲能密度大等優點，解決了傳統壓縮空氣儲能系統受地理條件限制和需要消耗化石燃料等問題。不同于傳統壓縮空氣儲能系統，超臨界壓縮空氣儲能系統關鍵特征之一在于，系統采用高壓蓄冷蓄熱裝置實現壓縮熱和低溫冷能的回收與再利用，從而明顯提高了系統效率。

　　儲能時，超臨界態空氣吸收蓄冷介質的低溫冷能后轉變為高壓液態空氣，隨后降至常壓進行存儲；釋能時，高壓液態空氣經過蓄冷介質氣化后轉變為超臨界態空氣，驅動膨脹機做功發電。因此，在填充床蓄冷蓄熱裝置中的顆粒堆積狹小孔隙內部存在大量超臨界壓力下的流動傳熱以及“擬沸騰”、“擬冷凝”等復雜過程與現象。作為儲熱過程與儲熱性能的關鍵參數，傳熱流體與儲熱介質之間的相間傳熱系數無疑成為整個蓄冷蓄熱裝置設計研發過程的重點。由于空氣在超臨界狀態下性質較為特殊，使得其具有與常壓條件下顯著不同的傳熱規律。但是，目前尚未見此方面的研究報道，需要科研人員進行自主探索。

　　近日，工程熱物理所儲能研發中心科研人員依托中關村超臨界空氣儲能基礎試驗平臺對超臨界壓力下空氣與填充床之間的相間傳熱系數及影響因素開展了實驗研究，獲得了工作壓力、質量流量和入口距離等因素對相間傳熱系數的影響規律，分析了由壓力流速變化引起的孔隙內部流動傳熱機理。研究結果表明，隨著壓力的升高，填充床內部空氣自然對流與換熱顯著增強，使得儲熱過程中填充床內部徑向溫度梯度趨于平緩，并且使傳熱過程的入口效應減弱；在低Re數條件下，常壓與超臨界壓力下的平均Nu數與Chandra and Willits（1981），Yang （2012）等人實驗關聯式較為吻合，對超臨界條件下壓縮空氣儲能系統的研究具有指導意義。

　　上述工作得到了國家自然科學基金項目、國家高技術研究發展計劃（“863”計劃）的支持。相關研究成果已在國際期刊International Journal of Heat and Mass Transfer上發表（2014,77:883–890）。