作为一种较前沿的物理储能技术,压缩二氧化碳的关键技术研究,主要包括关键部件设计开发、高性能材料选择和系统动态运行控制等方面。
在关键部件研发方面,Xu等对LCES系统中的换热器进行了设计,并对换热器的传热过程进行了分析。Huang等将超临界换热器分成两部分,分别提供不同质量的储热介质,设计了一种新的储热构型。目前,多使用体积小、换热效率高、耐高温高压的构件作为换热核心设备,Wang等从冷热两侧的温压差和影响其强度的主要因素入手,研究了温度和压力对印刷电路板式换热器(PCHE)换热特性的影响,并对设计条件下PCHE的详细应力强度展开分析。Stanek等提出了使用等压罐储存CO2的方法,对等压储罐主要几何特征进行了设计。
在高性能材料选择方面,李恺提出了一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的塔式太阳能热发电系统,选取太阳盐作为储能蓄热循环中的熔融盐工质,并对其储能蓄热子系统进行了设计。Xu等研究了甲醇作为传热介质对换热器性能的影响,结果表明采用甲醇可以有效地实现二氧化碳相变过程的换热。Li等将捕获的CO2注入目标含水层存储,并采用数值模拟的方法研究了气泡体积、含水层渗透率等参数对目标含水层存储性能的影响。
在系统集成运行控制研究方面,为了获得与可再生能源并网应用时的最优性能,韩中和等讨论分析了耦合太阳能的CCES系统不同运行方案下系统热力性与经济性的差异。严晓生等提出了LCES系统与火电机组耦合的方案,建立了其热力学系统模型,确立了最佳储能耦合方案。Zhang等建立了两级压缩两级膨胀CCES系统的动态模型,分析了滑动压力条件下储能系统的动态特性,并对关键参数、部件和系统整体的动态特性进行评价。王迪等提出燃煤机组集成SC-CCES系统以提升燃煤机组灵活性的方案,在仿真平台构建耦合SC-CCES循环的燃煤机组动态数学模型,探究了SC-CCES系统储/释能阶段关键参数的动态特性。
2022年,百穰新能源科技公司投资建设了“压缩二氧化碳储能系统验证项目”进入收尾调试阶段,该项目采用二氧化碳+飞轮储能技术方案,储能规模10 MW/20 MWh,是目前在建的全球单机功率最大、储能容量最大压缩二氧化碳储能示范项目。
10.4 液态金属
液态金属电池是近年来发展起来的一类新型电化学储能技术,采用液态金属和无机熔盐作为电极和电解质,上下两层以密度不同的液态金属分别作为负极和正极,无机熔盐层居中兼作隔膜和电解质,三层液态由于密度差异和互不混溶特性自动分层。液态金属电池具有结构简单容易放大、储能成本低、循环寿命长、安全可靠性高等优势,在规模储能领域具有重要应用前景。近年来液态金属电池的研究进展主要集中在低熔点及低成本材料体系、高性能大容量单体构筑、长效密封绝缘技术及器件制备、电池管理和寿命预测等方面。