液態(tài)工質(zhì)儲(chǔ)罐冷端參數(shù)對(duì)壓縮氣體儲(chǔ)能項(xiàng)目全流程側(cè)的重要性

范立華，王松，翟璇，羅方，靳亞峰

（東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000）

0 引言

壓縮氣體儲(chǔ)能是一種安全可靠性高、機(jī)組容量大、電電轉(zhuǎn)換效率高、地域適應(yīng)性好、壽命期長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間達(dá)分鐘級(jí)、建設(shè)成本及全周期度電成本較低的主流儲(chǔ)能型式，未來極具發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于壓縮氣體儲(chǔ)能，雖然具有地域適應(yīng)性好的特點(diǎn)，但是其儲(chǔ)釋能系統(tǒng)需配備一定的儲(chǔ)存裝置，用以在儲(chǔ)能側(cè)和釋能側(cè)高壓低溫工質(zhì)的存放。一般其儲(chǔ)存裝置可分為2 種：（1）位于地下的大容積鹽穴或煤礦巷道；（2）放置于地面的儲(chǔ)罐裝置。對(duì)于地面的儲(chǔ)罐裝置，常常需要考慮其設(shè)備投資占比的屬性，過大的儲(chǔ)罐裝置對(duì)于系統(tǒng)的整體投資占比極大，這也成為了壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)中重要的掣肘因素，而以液態(tài)形式存放工質(zhì)的液態(tài)壓縮氣體儲(chǔ)能項(xiàng)目則由于具有較大的存儲(chǔ)密度，往往在儲(chǔ)罐設(shè)備上具有較大的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于此液態(tài)氣體儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，通過合理配置冷端儲(chǔ)罐的參數(shù)，可以在已有儲(chǔ)罐裝置前提下，不增加系統(tǒng)其他設(shè)備投資的情況下有效提高儲(chǔ)釋能系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)對(duì)于儲(chǔ)能初始狀態(tài)下一定質(zhì)量的氣體工質(zhì)，通過優(yōu)化其冷端儲(chǔ)罐的參數(shù)，可以有效延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 液態(tài)壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)

壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)通常由儲(chǔ)能模塊和釋能模塊構(gòu)成。

儲(chǔ)能模塊由低參數(shù)工質(zhì)氣倉(cāng)（或直接取自大氣）、壓縮機(jī)、換熱器1、儲(chǔ)熱罐、儲(chǔ)氣/液罐構(gòu)成。儲(chǔ)能時(shí)間段內(nèi)，壓縮機(jī)消耗電能將氣倉(cāng)中低參數(shù)的氣體工質(zhì)壓縮為高壓高溫的氣體工質(zhì)，然后經(jīng)換熱器1 將高參數(shù)的工質(zhì)轉(zhuǎn)換為高壓、低溫的氣體或液體工質(zhì)，其熱能儲(chǔ)存于儲(chǔ)熱罐中，換熱后的高壓、低溫氣體或液體工質(zhì)儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣/液罐中。

釋能模塊由儲(chǔ)熱罐、儲(chǔ)氣/液罐、換熱器2、透平、低能工質(zhì)氣倉(cāng)（或直接排氣至大氣）構(gòu)成。釋能時(shí)間段內(nèi)，換熱器2 開始工作，儲(chǔ)氣/液罐出來的高壓低溫工質(zhì)吸收儲(chǔ)熱罐中高溫儲(chǔ)熱介質(zhì)的熱能，升溫為高壓高溫的工質(zhì)氣體，然后經(jīng)過透平膨脹做功，完成儲(chǔ)能系統(tǒng)做功側(cè)的功率要求，最后膨脹做功完成后的低參數(shù)工質(zhì)氣體可根據(jù)工質(zhì)性質(zhì)排至大氣或排至某密閉的低溫低壓氣倉(cāng)。

在儲(chǔ)能模塊與釋能模塊，可以看到2 種不同的工作時(shí)段均有儲(chǔ)熱罐、儲(chǔ)氣/液罐工作的部分。在整個(gè)儲(chǔ)釋全過程時(shí)段內(nèi)均要滿足儲(chǔ)熱罐、儲(chǔ)氣/液罐中儲(chǔ)熱介質(zhì)和工作工質(zhì)的流量和熱量平衡。

本文主要研究對(duì)象為儲(chǔ)液罐裝置，通過對(duì)液態(tài)儲(chǔ)罐中不同容積、溫度、工質(zhì)質(zhì)量的情況進(jìn)行分析，得到系統(tǒng)側(cè)相關(guān)參數(shù)的變化趨勢(shì)和儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)等重要參數(shù)的變化規(guī)律，以此進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。圖1 為某液態(tài)氣體儲(chǔ)釋能系統(tǒng)的儲(chǔ)氣/液罐裝置及相連接系統(tǒng)。圖2 為某儲(chǔ)氣/液罐結(jié)構(gòu)示意。

圖1 某壓縮液態(tài)氣體儲(chǔ)釋能系統(tǒng)

圖2 某儲(chǔ)氣/液罐結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 儲(chǔ)罐中氣液兩相形式物性假設(shè)

在壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)冷端儲(chǔ)罐中，儲(chǔ)釋能系統(tǒng)側(cè)工質(zhì)實(shí)際以氣相和液相共存的形態(tài)同時(shí)存在，極限形態(tài)下，儲(chǔ)能側(cè)工質(zhì)來自壓縮機(jī)出口，以氣相形式存在，并經(jīng)過換熱器1 進(jìn)行放熱，當(dāng)儲(chǔ)能過程結(jié)束時(shí)，該部分氣體形態(tài)應(yīng)完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。

由于壓縮機(jī)出口至儲(chǔ)罐的壓力范圍波動(dòng)極小，簡(jiǎn)化處理認(rèn)為其壓力相同，將該過程簡(jiǎn)化假設(shè)，即儲(chǔ)能側(cè)工質(zhì)應(yīng)在某壓力下由氣相完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵恚?dāng)系統(tǒng)進(jìn)入釋能時(shí)段時(shí)，認(rèn)為釋能側(cè)工質(zhì)在某壓力下由液相完全轉(zhuǎn)換為氣相。

考慮到儲(chǔ)罐中應(yīng)始終維持壓力值，因而實(shí)際中工質(zhì)不可能完全轉(zhuǎn)換為液相，該假設(shè)與實(shí)際過程中具有一定偏差，但對(duì)于系統(tǒng)的定性分析及對(duì)比論證結(jié)構(gòu)，具有理論分析意義及實(shí)際工質(zhì)參數(shù)參考價(jià)值，在實(shí)際中可適當(dāng)增加工質(zhì)氣量以維持儲(chǔ)罐中的壓力值。另外，假設(shè)儲(chǔ)罐在儲(chǔ)能和釋能中始終處于恒溫過程態(tài)。

2 3 種不同邊界條件下儲(chǔ)罐及系統(tǒng)側(cè)各重要參數(shù)的相互關(guān)系及變化趨勢(shì)

對(duì)于液態(tài)壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)，液罐對(duì)應(yīng)3 個(gè)重要性能參數(shù)：儲(chǔ)罐容積、儲(chǔ)罐工作的溫度/壓力、儲(chǔ)罐中初始態(tài)的工質(zhì)質(zhì)量。上述3 個(gè)參數(shù)兩兩耦合且相互影響，并直接影響系統(tǒng)側(cè)其他參數(shù)及循環(huán)性能。下面針對(duì)上述3 個(gè)參數(shù)形成的3 種組合形式進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)而得到其具體變化趨勢(shì)。

2.1 儲(chǔ)罐溫度/壓力參數(shù)維持不變時(shí)，儲(chǔ)罐、儲(chǔ)釋能氣量、儲(chǔ)釋能時(shí)長(zhǎng)及其他系統(tǒng)側(cè)重要參數(shù)的關(guān)系

假設(shè)儲(chǔ)罐溫度/壓力相同，僅在儲(chǔ)能初始狀態(tài)時(shí)設(shè)置不同的工質(zhì)質(zhì)量。經(jīng)過計(jì)算，可得到儲(chǔ)罐對(duì)應(yīng)的容積大小、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)、儲(chǔ)能側(cè)終態(tài)質(zhì)量、釋能初態(tài)/終態(tài)質(zhì)量、釋能時(shí)長(zhǎng)、熱罐中換熱介質(zhì)的流量等參數(shù)的變化趨勢(shì)。

（1）儲(chǔ)罐容積的變化趨勢(shì)

式中ν儲(chǔ)始是某溫度時(shí)儲(chǔ)罐中工質(zhì)全部為氣態(tài)時(shí)的比容，該值在壓力或溫度給定的情況下為定值f（T,massquality1）=C1。

根據(jù)式（1）可得到V罐和G儲(chǔ)始之間成正比關(guān)系，如圖3 所示。

圖3 儲(chǔ)罐溫度/壓力相同，G儲(chǔ)始與V罐的關(guān)系曲線

（2）儲(chǔ)釋能側(cè)工質(zhì)質(zhì)量的變化趨勢(shì)

ν儲(chǔ)終是某溫度時(shí)儲(chǔ)罐中工質(zhì)全部為液態(tài)時(shí)的比容，該值在壓力或溫度給定的情況下為定值f（T,massquality0）=C0。

當(dāng)儲(chǔ)罐溫度給定時(shí)，ν儲(chǔ)始/ν儲(chǔ)終=C1/C0為定值，因而式中G儲(chǔ)終與G儲(chǔ)始成正比變化趨勢(shì)。儲(chǔ)罐內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量在儲(chǔ)能終態(tài)和釋能初態(tài)是連續(xù)的，因而G釋始=G儲(chǔ)終。同時(shí)根據(jù)公式可得到G釋終=G儲(chǔ)始。圖4 為儲(chǔ)釋能側(cè)工質(zhì)質(zhì)量隨G儲(chǔ)始的變化趨勢(shì)。

圖4 儲(chǔ)罐溫度/壓力相同時(shí)，儲(chǔ)釋能側(cè)工質(zhì)質(zhì)量與G儲(chǔ)始的關(guān)系曲線

（3）儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)、釋能時(shí)長(zhǎng)的變化趨勢(shì)

儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)t儲(chǔ)計(jì)算公式如下：

即：

同理，釋能側(cè)工作時(shí)長(zhǎng)t釋的計(jì)算公式如下：

即：

釋能側(cè)工質(zhì)質(zhì)量流率變化與透平側(cè)工質(zhì)流量變化率直接相關(guān)，對(duì)于液態(tài)儲(chǔ)罐性質(zhì)的儲(chǔ)氣介質(zhì)，其釋能側(cè)透平進(jìn)口壓力穩(wěn)定，因而可認(rèn)為透平工質(zhì)質(zhì)量流率始終保持一致，即釋能側(cè)單位質(zhì)量流率m釋恒定。因而在此基礎(chǔ)上釋能工作時(shí)長(zhǎng)t釋也與儲(chǔ)能側(cè)初始質(zhì)量G儲(chǔ)始成正比變化趨勢(shì)。

圖5 儲(chǔ)罐溫度/壓力相同時(shí)，t儲(chǔ)、t釋與G儲(chǔ)始的關(guān)系曲線

對(duì)比t釋和t儲(chǔ)的公式可以發(fā)現(xiàn)，兩者形式一致，均與G釋始成正比關(guān)系，只是m儲(chǔ)和m釋的位置存在差異。如果儲(chǔ)能側(cè)儲(chǔ)罐入口質(zhì)量流率和釋能側(cè)儲(chǔ)罐出口質(zhì)量流率一致，則可能存在t釋=t儲(chǔ)的可能性。但是否真正可實(shí)現(xiàn)t釋=t儲(chǔ)，還需要增加其他判斷條件，即儲(chǔ)能側(cè)和釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)的熱量和流量是否匹配。

（4）儲(chǔ)釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、熱量、壓縮機(jī)耗功量、透平做功量、電電轉(zhuǎn)換效率的變化趨勢(shì)

當(dāng)儲(chǔ)罐溫度/壓力相同，僅在儲(chǔ)能初始狀態(tài)時(shí)設(shè)置不同的工質(zhì)質(zhì)量時(shí)，儲(chǔ)能側(cè)和釋能側(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)如儲(chǔ)熱介質(zhì)流量、熱量、壓縮機(jī)耗功量、透平做功量等均呈現(xiàn)一種與時(shí)間相關(guān)的積分積疊規(guī)律。

對(duì)于系統(tǒng)整體電電轉(zhuǎn)換效率，數(shù)值上等于壓縮機(jī)耗功量與透平做功量的比值，當(dāng)兩者均呈現(xiàn)相同的時(shí)間積疊關(guān)系時(shí)，系統(tǒng)整體電電轉(zhuǎn)換效率將保持不變，如圖6 所示。

圖6 儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)釋能側(cè)耗電量、做功量、電電轉(zhuǎn)換效率與G儲(chǔ)始的關(guān)系曲線

2.2 儲(chǔ)罐維持不變時(shí)，儲(chǔ)罐冷端參數(shù)與儲(chǔ)釋能氣量、儲(chǔ)釋能時(shí)長(zhǎng)及其他重要系統(tǒng)側(cè)參數(shù)的關(guān)系

假設(shè)儲(chǔ)罐比容始終保持不變，但是對(duì)儲(chǔ)罐冷端溫度/壓力設(shè)置不同的數(shù)值，可根據(jù)相關(guān)規(guī)律得到工質(zhì)氣量變化、儲(chǔ)釋能時(shí)長(zhǎng)變化、系統(tǒng)側(cè)其他重要參數(shù)變化趨勢(shì)。

對(duì)于儲(chǔ)罐處于某一溫度/壓力狀態(tài)下時(shí)，儲(chǔ)能側(cè)與釋能側(cè)滿足以下公式：

式中可看出，儲(chǔ)罐在儲(chǔ)能側(cè)和釋能側(cè)不同時(shí)刻的質(zhì)量只與當(dāng)前工質(zhì)該溫度下對(duì)應(yīng)的比容相關(guān)，且呈現(xiàn)反比關(guān)系。因此G儲(chǔ)始=G釋終，G儲(chǔ)終=G釋始，當(dāng)然后者等式在任何情況下恒成立。同時(shí)儲(chǔ)能的工作時(shí)長(zhǎng)、釋能的工作時(shí)長(zhǎng)只與儲(chǔ)罐在儲(chǔ)能側(cè)和釋能側(cè)質(zhì)量流率相關(guān)。

（1）儲(chǔ)釋能初終態(tài)工質(zhì)質(zhì)量的變化趨勢(shì)

當(dāng)儲(chǔ)罐容積固定而溫度不同時(shí)，儲(chǔ)釋能初終態(tài)工質(zhì)與該溫度時(shí)工質(zhì)比容/密度直接相關(guān)。圖7、圖8 為儲(chǔ)釋能初終態(tài)工質(zhì)、儲(chǔ)釋能初終態(tài)密度與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線。可以看到，儲(chǔ)釋能初終態(tài)質(zhì)量與其對(duì)應(yīng)狀態(tài)的密度具有相同的變化趨勢(shì)。

圖7 儲(chǔ)釋能初終態(tài)質(zhì)量與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

圖8 儲(chǔ)釋能初終態(tài)密度與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

（2）儲(chǔ)能側(cè)與釋能側(cè)工質(zhì)工作時(shí)長(zhǎng)的變化趨勢(shì)

當(dāng)儲(chǔ)罐處于不同溫度/壓力狀態(tài)下時(shí)，儲(chǔ)能側(cè)與釋能側(cè)工質(zhì)的工作時(shí)長(zhǎng)與儲(chǔ)罐溫度成反向變化關(guān)系，上述關(guān)系可以通過公式推算得到，當(dāng)儲(chǔ)能側(cè)和釋能側(cè)質(zhì)量流率相同時(shí)，t儲(chǔ)=t釋∝。現(xiàn)列舉儲(chǔ)釋能側(cè)工作時(shí)長(zhǎng)、（C1-C0）/（C1*C0）與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線，如圖9、圖10 所示，對(duì)比兩曲線圖可以發(fā)現(xiàn)兩者隨儲(chǔ)罐溫度具有相同的變化趨勢(shì)。

圖9 儲(chǔ)能側(cè)與釋能側(cè)工質(zhì)工作時(shí)長(zhǎng)與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

圖10 （C1-C0）/（C1*C0）與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

（3）儲(chǔ)釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、熱量、壓縮機(jī)耗功量、透平做功量、電電轉(zhuǎn)換效率的變化趨勢(shì)

當(dāng)儲(chǔ)罐容積相同而溫度/壓力不同，儲(chǔ)釋能側(cè)單位質(zhì)量流率m儲(chǔ)=m釋時(shí)，隨儲(chǔ)罐溫度/壓力的升高，壓縮機(jī)和透平功率均將提高，但并不一定呈現(xiàn)線性的變化規(guī)律。與之直接相關(guān)的系統(tǒng)側(cè)關(guān)鍵參數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)儲(chǔ)熱介質(zhì)的質(zhì)量、熱量雖然會(huì)升高，但并不一定會(huì)呈現(xiàn)線性上升趨勢(shì)。

在計(jì)算儲(chǔ)能側(cè)與釋能側(cè)關(guān)鍵參數(shù)規(guī)律時(shí)，需要計(jì)算的不僅僅是單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化規(guī)律，還有儲(chǔ)能側(cè)與釋能側(cè)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)側(cè)關(guān)鍵參數(shù)的定性變化規(guī)律及趨勢(shì)起到?jīng)Q定性作用。

根據(jù)儲(chǔ)能側(cè)與釋能側(cè)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的差異，同時(shí)根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)、換熱器1、換熱器2、透平等眾多設(shè)備引起的綜合變化規(guī)律進(jìn)行積分計(jì)算得到以下各關(guān)鍵參數(shù)的規(guī)律，如圖11 所示。

圖11 儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)釋能側(cè)耗電量、做功量、電電轉(zhuǎn)換效率與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

從圖11 中可以看到，儲(chǔ)釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)釋能側(cè)耗電量、做功量等幾乎與工作時(shí)間成正比關(guān)系，僅有微小改變。與此同時(shí)，對(duì)于儲(chǔ)罐在不同的溫度/壓力參數(shù)時(shí)，電電轉(zhuǎn)換效率呈現(xiàn)微小量提升，幾乎可以認(rèn)為不變。

2.3 儲(chǔ)釋能初始?xì)饬坎蛔儠r(shí)，儲(chǔ)罐V、儲(chǔ)罐冷端參數(shù)、儲(chǔ)釋能時(shí)長(zhǎng)及其他重要系統(tǒng)側(cè)參數(shù)的關(guān)系

對(duì)于特殊氣體介質(zhì)構(gòu)建的壓縮氣體儲(chǔ)能項(xiàng)目，其儲(chǔ)釋能氣體的耗量也將對(duì)系統(tǒng)的整體成本產(chǎn)生較大影響。針對(duì)此種情況，假設(shè)儲(chǔ)罐中儲(chǔ)能初始狀態(tài)下工質(zhì)的質(zhì)量始終保持不變，對(duì)儲(chǔ)罐冷端溫度/壓力設(shè)置不同的數(shù)值，可根據(jù)相關(guān)規(guī)律得到儲(chǔ)罐容積大小、儲(chǔ)釋能時(shí)長(zhǎng)變化、系統(tǒng)側(cè)其他重要參數(shù)變化如下。

（1）儲(chǔ)罐所需容積的變化趨勢(shì)

C1與儲(chǔ)罐所處的溫度/壓力成反比，當(dāng)儲(chǔ)釋能初始?xì)饬烤S持不變時(shí)，V罐大小只與C1正相關(guān)，因V罐而與儲(chǔ)罐所處的溫度/壓力成反比關(guān)系。圖12 為C1和V罐隨儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系圖示。

圖12 C1 和V罐與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

（2）儲(chǔ)釋能初終態(tài)工質(zhì)質(zhì)量的變化趨勢(shì)

G釋終的數(shù)值與V罐成正比，同時(shí)與C1成反比，考慮到V罐和C1均與儲(chǔ)罐所處的溫度/壓力成反比關(guān)系，所以當(dāng)儲(chǔ)釋能初始?xì)饬烤S持不變時(shí)，G釋終=G儲(chǔ)始始終保持不變。

C1/C0與儲(chǔ)罐所處的溫度/壓力成反比，所以當(dāng)儲(chǔ)釋能初始?xì)饬坎蛔儠r(shí)，G儲(chǔ)終=G釋始也與儲(chǔ)罐所處的溫度/壓力成反比。圖13 為C1/C0和G儲(chǔ)終=G釋始隨儲(chǔ)罐溫度/壓力狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系。

圖13 C1/C0 和G儲(chǔ)終=G釋始與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

（3）儲(chǔ)釋能側(cè)工作時(shí)長(zhǎng)的變化趨勢(shì)

當(dāng)儲(chǔ)釋能初始?xì)饬烤S持不變，且當(dāng)儲(chǔ)能側(cè)壓縮機(jī)和釋能側(cè)透平單位質(zhì)量流率m儲(chǔ)和m釋相同時(shí)，t儲(chǔ)=t釋，且兩者均與-1 成正比。圖14 為-1 和t儲(chǔ)=t釋隨儲(chǔ)罐溫度/壓力狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系。

圖14 C1/C0-1和t儲(chǔ)/t釋與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

（4）儲(chǔ)釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、熱量、壓縮機(jī)耗功量、透平做功量、電電轉(zhuǎn)換效率的變化趨勢(shì)。

從圖15 可以看到，儲(chǔ)/釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)能側(cè)耗電量、釋能側(cè)做功量等幾乎與工作時(shí)間成正比關(guān)系，僅有微小改變。與此同時(shí)，對(duì)于儲(chǔ)罐在不同溫度/壓力參數(shù)時(shí)，電電轉(zhuǎn)換效率呈現(xiàn)微小量提升，幾乎可以認(rèn)為不變。

圖15 儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)釋能側(cè)耗電量、做功量、電電轉(zhuǎn)換效率與儲(chǔ)罐溫度的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

對(duì)于冷端儲(chǔ)罐以液態(tài)形式儲(chǔ)存的壓縮氣體儲(chǔ)能項(xiàng)目，其冷端儲(chǔ)罐的參數(shù)對(duì)儲(chǔ)-釋能系統(tǒng)全流程側(cè)均具有重要影響。考慮到壓縮氣體儲(chǔ)能項(xiàng)目中冷端儲(chǔ)罐的容積占系統(tǒng)比例極大，同時(shí)對(duì)非常規(guī)工質(zhì)或有機(jī)工質(zhì)而言其成本占比也極高。因此分析該系統(tǒng)的冷端儲(chǔ)罐參數(shù)對(duì)整體系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能具有較大意義，經(jīng)過上文綜合分析可得到以下結(jié)論：

（1）當(dāng)儲(chǔ)罐溫度/壓力保持不變時(shí)，V罐、G儲(chǔ)終、G釋始、G儲(chǔ)終、t儲(chǔ)、t釋、儲(chǔ)/釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)能側(cè)耗電量、釋能側(cè)做功量等參數(shù)均與G儲(chǔ)始成正比關(guān)系。此時(shí)若想增加系統(tǒng)工作時(shí)長(zhǎng)，需在等比例增加儲(chǔ)罐容積的基礎(chǔ)上，等比例增加儲(chǔ)罐中工質(zhì)的質(zhì)量。

（2）當(dāng)V 罐保持不變時(shí)，G儲(chǔ)始、G 釋終與儲(chǔ)罐的溫度/壓力成正比變化關(guān)系，而其他參數(shù)如G儲(chǔ)終、G釋始、t儲(chǔ)、t釋、儲(chǔ)/釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)能側(cè)耗電量、釋能側(cè)做功量等參數(shù)均與儲(chǔ)罐的溫度/壓力成反比變化關(guān)系。此時(shí)，在保持液罐容積不變、且不增加系統(tǒng)其他設(shè)備投資的情況下，適當(dāng)降低儲(chǔ)罐溫度，同時(shí)適當(dāng)增加儲(chǔ)罐中的工質(zhì)質(zhì)量，可以明顯增加系統(tǒng)儲(chǔ)能/釋能的工作時(shí)長(zhǎng)。或者當(dāng)工作時(shí)長(zhǎng)保持不變時(shí)，可以適當(dāng)增加系統(tǒng)輸出功率。

（3）當(dāng)G儲(chǔ)始保持不變時(shí)，G釋終也將保持不變，而對(duì)于其他參數(shù)如V罐、G儲(chǔ)終、G釋始、t儲(chǔ)、t釋、儲(chǔ)/釋能側(cè)儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量、儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)能側(cè)耗電量、釋能側(cè)做功量等參數(shù)均與儲(chǔ)罐的溫度/壓力成反比變化關(guān)系。此時(shí)，若想增加系統(tǒng)的工作時(shí)長(zhǎng)，需在等比例增加儲(chǔ)罐容積的基礎(chǔ)上，等比例降低儲(chǔ)罐的溫度。

在上述3 種不同的儲(chǔ)罐冷端變量發(fā)生時(shí)，可以看到系統(tǒng)工作時(shí)長(zhǎng)主要與儲(chǔ)罐容積、儲(chǔ)罐的溫度、儲(chǔ)罐中的工質(zhì)質(zhì)量這3 個(gè)參數(shù)有關(guān)，而這3個(gè)變量?jī)蓛神詈稀Ｈ粝朐黾酉到y(tǒng)工作時(shí)長(zhǎng)，在任意2個(gè)參數(shù)確定時(shí)，另一個(gè)參數(shù)將隨之變化。通常情況下，儲(chǔ)罐容積增加、儲(chǔ)罐溫度下降、儲(chǔ)罐中工質(zhì)質(zhì)量增加可以增加系統(tǒng)的工作時(shí)長(zhǎng)，可以在不增加系統(tǒng)側(cè)其他設(shè)備投資的情況下，有效增加系統(tǒng)的工作時(shí)長(zhǎng)或系統(tǒng)功率。

另外可以看到，對(duì)于其他系統(tǒng)側(cè)參數(shù)，如儲(chǔ)熱介質(zhì)換熱量、儲(chǔ)能側(cè)耗電量、釋能側(cè)做功量等均與工作時(shí)間成正比關(guān)系，而電電轉(zhuǎn)換效率整體變化不大。