西安交通大學開展絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)在中國的技術經濟與環(huán)境綜合評價分析
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技術領域：壓縮空氣儲能系統(tǒng)經濟性分析
開發(fā)單位：西安交通大學 李瑞雄
文章名稱：Ruixiong Li, Haoran Zhang, Hao Chen, et al. Hybrid Techno-Economic and Environmental Assessment of Adiabatic Compressed Air Energy Storage System in China-Situation. Applied Thermal Engineering, 2021.
技術突破：提出混合動力生命周期優(yōu)化框架，通過將生命周期分析與多目標優(yōu)化相結合，對絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的技術經濟和環(huán)境性能進行權衡。結果表明，基于中國2010年電力結構，充放電對二氧化碳排放、能源和水消耗的占據比例最大（超過90%），系統(tǒng)部件制造其次，特別是蓄熱部件。
應用價值：為決策者實現改變燃煤電廠發(fā)電結構、降低燃煤電廠排放強度等目標提供指導。
絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)（ACAES）主要由壓縮機（Comp）、膨脹機（Tur）、儲氣罐（AST）、換熱器（HE，間冷器和再熱器）和蓄熱罐（TES）組成，有必要通過建立一個集成的混合生命周期評估（LCA）模型，以系統(tǒng)地評估電力系統(tǒng)供電、主要部件的制造、施工和拆除等因素對ACAES系統(tǒng)造成的影響。
圖1 系統(tǒng)評估的生命周期邊界
來自西安交通大學的研究人員使用混合系統(tǒng)生命周期的優(yōu)化（HLCO）模型（如圖）開展了相關研究，其中，ACAES系統(tǒng)的熱力學模型輸出設備的運行參數，以及LCA模型和投資成本模型，從而分別計算總成本和環(huán)境排放量。所有的計算均在系統(tǒng)的設計條件下進行，結果表明，絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的投資成本越低，對整個生命周期的環(huán)境影響就越高?；?010年的電力結構，充放電對二氧化碳排放，能源和水消耗的占據比例最大（超過90%）；系統(tǒng)部件制造其次，特別是蓄熱部件（在制造階段，其CO2排放占96.5%，水和能源消耗分別占86.7%和99%）。同時，應當考慮環(huán)境影響方面的區(qū)域差異，絕熱壓縮空氣儲能裝置在其使用壽命期間對環(huán)境的影響與當地電網發(fā)電的高環(huán)境效益有關。
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技術領域：壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)
開發(fā)單位：德黑蘭大學，S.M. Alirahmi；A.R. Razmi；A. Arabkoohsar.
文章名稱：Seyed Mojtaba Alirahmi, Amir Reza Razmi, Ahmad Arabkoohsar. Comprehensive Assessment and Multi-Objective Optimization of a Green Concept Based on a Combination of Hydrogen and Compressed Air Energy Storage (CAES) Systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021.
技術突破：提出一種新型高效、環(huán)保的壓縮空氣儲能耦合能源系統(tǒng)，從熱力學和經濟學的角度進行精確分析后的結果表明，以洛杉磯歷史數據為例，可減少3313噸/年的二氧化碳排放，從而減少約8萬美元/年的環(huán)境成本，系統(tǒng)投資回收期小于4.6年。
應用價值：可實現零溫室氣體排放，同時有效并經濟地解決可再生能源供應電網的間歇性和高峰時段電力短缺問題。
來自德黑蘭大學的研究人員提出一種新型壓縮空儲能耦合系統(tǒng)，下圖表明了該新型系統(tǒng)的組成及原理，該系統(tǒng)由太陽能驅動的布雷頓循環(huán)、循環(huán)蒸汽渦輪機（SRC）、壓縮空氣儲能系統(tǒng)（CAES）、熱電發(fā)電機（TEG）和質子交換膜（PEM）電解槽等5個主要單元組成，具備晝夜綠色發(fā)電的能力。充電過程，布雷頓循環(huán)提供電網所需的電力，剩余的電力被傳輸到CAES機組，以產生和儲存壓縮空氣，供高峰時期使用；放電過程，儲存的壓縮空氣被釋放出來進行發(fā)電。
圖2 新型混合系統(tǒng)的組成
該混合系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：一是CAES系統(tǒng)的零溫室氣體排放（通過利用太陽能熱，用氫氣代替甲烷作為燃燒室的燃料）；二是提供一種電網規(guī)模的混合發(fā)電/存儲技術，有效經濟地解決可再生電力供應電網的間歇性和高峰時段電力削減問題。研究人員從熱力學、?經濟學和環(huán)境角度對該系統(tǒng)進行了深入研究，并以美國洛杉磯為例，進行了多目標優(yōu)化。結果表明，在多目標優(yōu)化的最優(yōu)解下，該系統(tǒng)?的往返效率為60.4%，總成本為117.5$/GJ。將該系統(tǒng)應用于具有真實歷史數據的洛杉磯的案例發(fā)現：將減少3313噸/年的二氧化碳排放，從而減少了約8萬美元/年的環(huán)境成本；此外，經濟學分析表明，該系統(tǒng)的投資回收期小于4.6年。
