Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Lưu trữ năng lượng nhiệt tích hợp hiệu quả và linh hoạt thông qua điều chỉnh thành phần
Tóm tắt
Lưu trữ điện năng nhiệt tích hợp bơm (TI-PTES) có thể thực hiện việc lưu trữ năng lượng hiệu quả cho năng lượng tái tạo không ổn định và biến đổi. Tuy nhiên, các điều kiện biên của TI-PTES có thể thường xuyên thay đổi theo thời gian và mùa vụ, điều này gây ra sự suy giảm lớn trong hiệu suất hoạt động. Để đạt được việc lưu trữ năng lượng hiệu quả và linh hoạt trong các điều kiện hoạt động, một TI-PTES có thể điều chỉnh thành phần mới được đề xuất, và hiệu suất hoạt động được nghiên cứu và so sánh với TI-PTES có thành phần cố định. Kết quả mô phỏng cho thấy, so với TI-PTES có thành phần cố định, hiệu suất lưu trữ năng lượng của TI-PTES có thể được nâng cao với giá trị tuyệt đối từ 4,4–18,3% bằng cách giới thiệu phương pháp điều chỉnh thành phần trong các điều kiện biên khác nhau. Ngoài ra, việc điều chỉnh thành phần của các hệ thống con có thể đồng thời điều chỉnh công suất đầu vào, lưu trữ nhiệt và công suất đầu ra, thực hiện phạm vi hoạt động linh hoạt hơn cho TI-PTES. Một nghiên cứu trường hợp cho một cộng đồng năng lượng cách ly cho thấy TI-PTES có thể điều chỉnh thành phần đạt được 100% chuyển đổi năng lượng điện ngoài giờ và giảm đầu tư hàng ngày xuống 35,6% so với TI-PTES có thành phần cố định.
Từ khóa
#lưu trữ năng lượng nhiệt #TI-PTES #năng lượng tái tạo #hiệu suất hoạt động #điều chỉnh thành phầnTài liệu tham khảo
IEA (2021) Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector (4th revision), International Energy Agency, www.iea.org/t&c/. Accessed Oct 2021
Ouyang T, Qin P, Tan X, Wang J, Fan J (2022) A novel peak shaving framework for coal-fired power plant in isolated microgrids: Combined flexible energy storage and waste heat recovery. J Clean Prod 374:133936. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133936
Mahfoud RJ, Alkayem NF, Zhang Y, Zheng Y, Sun Y, Alhelou HH (2023) Optimal operation of pumped hydro storage-based energy systems: A compendium of current challenges and future perspectives. Renew Sustain Energy Rev 178:113267. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113267
Li J, Zhao Z, Xu D, Li P, Liu Y, Mahmud MA, Chen D (2023) The potential assessment of pump hydro energy storage to reduce renewable curtailment and CO2 emissions in Northwest China. Renew Energy 212:82–96. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.04.132
Foley AM, Leahy PG, Li K, McKeogh EJ, Morrison AP (2015) A long-term analysis of pumped hydro storage to firm wind power. Appl Energ 137:638–648. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.07.020
Haas J, Prieto-Miranda L, Ghorbani N, Breyer C (2022) Revisiting the potential of pumped-hydro energy storage: A method to detect economically attractive sites. Renew Energy 181:182–193. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.09.009
Guo H, Xu Y, Chen H, Zhou X (2016) Thermodynamic characteristics of a novel supercritical compressed air energy storage system. Energy Convers Manag 115:167–177. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.01.051
O’Callaghan O, Donnellan P (2021) Liquid air energy storage systems: A review. Renew Sustain Energy Rev 146:111113. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111113
Peng X, She X, Cong L, Zhang T, Li C, Li Y, Wang L, Tong L, Ding Y (2018) Thermodynamic study on the effect of cold and heat recovery on performance of liquid air energy storage. Appl Energ 221:86–99. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.03.151
Battke B, Schmidt TS, Grosspietsch D, Hoffmann VH (2013) A review and probabilistic model of lifecycle costs of stationary batteries in multiple applications. Renew Sustain Energy Rev 25:240–250. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.04.023
Rahman MM, Oni AO, Gemechu E, Kumar A (2021) The development of techno-economic models for the assessment of utility-scale electro-chemical battery storage systems. Appl Energ 283:116343. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116343
Zhao C, Yan J, Tian X, Xue X, Zhao Y (2023) Progress in thermal energy storage technologies for achieving carbon neutrality. Carbon Neutrality 2(1):10. https://doi.org/10.1007/s43979-023-00050-y
Frate GF, Antonelli M, Desideri U (2017) A novel Pumped Thermal Electricity Storage (PTES) system with thermal integration. Appl Therm Eng 121:1051–1058. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.04.127
Weitzer M, Müller D, Steger D, Charalampidis A, Karellas S,Karl J (2022) Organic flash cycles in Rankine-based Carnot batteries with large storage temperature spreads. Energy Convers Manag 255. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115323
Zhang M, Shi L, Hu P, Pei G, Shu G (2023) Carnot battery system integrated with low-grade waste heat recovery: Toward high energy storage efficiency. J Energy Storage 57:106234. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.106234
Su Z, Yang L, Song J, Jin X, Wu X,Li X (2023) Multi-dimensional comparison and multi-objective optimization of geothermal-assisted Carnot battery for photovoltaic load shifting. Energy Convers Manag 289. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117156
Hu S, Yang Z, Li J, Duan Y (2021) Thermo-economic analysis of the pumped thermal energy storage with thermal integration in different application scenarios. Energy Convers Manag 236:114072. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114072
Ökten K,Kurşun B (2022) Thermo-economic assessment of a thermally integrated pumped thermal energy storage (TI-PTES) system combined with an absorption refrigeration cycle driven by low-grade heat source. J Energy Storage 51. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104486
Frate GF, Ferrari L, Desideri U (2020) Multi-criteria investigation of a pumped thermal electricity storage (PTES) system with thermal integration and sensible heat storage. Energy Convers Manag 208:112530. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112530
Li D, Wang J, Ding Y, Yao H, Huang Y (2019) Dynamic thermal management for industrial waste heat recovery based on phase change material thermal storage. Appl Energ 236:1168–1182. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.12.040
Ouyang T, Qin P, Xie S, Tan X, Pan M (2023) Flexible dispatch strategy of purchasing-selling electricity for coal-fired power plant based on compressed air energy storage. Energy 267:126578. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.126578
Lu P, Luo X, Wang J, Chen J, Liang Y, Yang Z, Wang C, Chen Y (2021) Thermo-economic design, optimization, and evaluation of a novel zeotropic ORC with mixture composition adjustment during operation. Energy Convers Manag 230:113771. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113771
Frate GF, Baccioli A, Bernardini L, Ferrari L (2022) Assessment of the off-design performance of a solar thermally-integrated pumped-thermal energy storage. Renew Energy 201:636–650. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.10.097
Weitzer M, Müller D, Karl J (2022) Two-phase expansion processes in heat pump – ORC systems (Carnot batteries) with volumetric machines for enhanced off-design efficiency. Renew Energy 199:720–732. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.08.143
Lu P, Luo X, Wang J, Chen J, Liang Y, Yang Z, He J, Wang C, Chen Y (2022) Thermodynamic analysis and evaluation of a novel composition adjustable Carnot battery under variable operating scenarios. Energy Convers Manag 269:116117. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116117
Xue XJ, Zhao Y, Zhao CY (2022) Multi-criteria thermodynamic analysis of pumped-thermal electricity storage with thermal integration and application in electric peak shaving of coal-fired power plant. Energy Convers Manag 258:115502. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115502
Sun X, Shi L, Tian H, Wang X, Zhang Y, Yao Y, Lu B, Sun R,Shu G (2023) Performance enhancement of combined cooling and power cycle through composition adjustment in off-design conditions. Energy 278. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127825
Zhu Y, Yin Y (2022) Performance of a novel climate-adaptive temperature and humidity independent control system based on zeotropic mixture R32/R236fa. Sustain Cities Soc 76:103453. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103453
Hakkaki-Fard A, Aidoun Z, Ouzzane M (2015) Improving cold climate air-source heat pump performance with refrigerant mixtures. Appl Therm Eng 78:695–703. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.11.036
Sun X, Shi L, Tian H, Wang X, Zhang Y, Shu G (2021) A novel composition tunable combined cooling and power cycle using CO2-based binary zeotropic mixture. Energy Convers Manag 244:114419. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114419
Hærvig J, Sørensen K, Condra TJ (2016) Guidelines for optimal selection of working fluid for an organic Rankine cycle in relation to waste heat recovery. Energy 96:592–602. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.12.098
Maraver D, Royo J, Lemort V, Quoilin S (2014) Systematic optimization of subcritical and transcritical organic Rankine cycles (ORCs) constrained by technical parameters in multiple applications. Appl Energ 117:11–29. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.11.076
Ma Y, Morosuk T, Liu M, Liu J (2020) Development and comparison of control schemes for the off-design operation of a recompression supercritical CO2 cycle with an intercooled main compressor. Energy 211:119011. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119011
Zhao L, Bao J (2014) The influence of composition shift on organic Rankine cycle (ORC) with zeotropic mixtures. Energy Convers Manag 83:203–211. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.03.072
Shen W, Tong J (2016) Engineering Thermodynamics, 5th edn. China Higher Education Press, Beijing, China, pp 271–285
Manente G, Toffolo A, Lazzaretto A, Paci M (2013) An Organic Rankine Cycle off-design model for the search of the optimal control strategy. Energy 58:97–106. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.12.035
Cooke DH (1985) On prediction of off-design multistage turbine pressure by stodola’s ellipse. Transactions of the ASME 107:595–606
Li H, Yang Y, Cheng Z, Sang Y, Dai Y (2018) Study on off-design performance of transcritical CO2 power cycle for the utilization of geothermal energy. Geothermics 71:369–379. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2017.09.002
Xia R, Wang Z, Cao M, Jiang Y, Tang H, Ji Y, Han F (2023) Comprehensive performance analysis of cold storage Rankine Carnot batteries: Energy, exergy, economic, and environmental perspectives. Energy Convers Manag 293:117485. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117485
Zhang M, Shi L, Zhang Y, He J, Sun X, Hu P, Pei G, Tian H, Shu G (2023) Configuration mapping of thermally integrated pumped thermal energy storage system. Energy Convers Manag 294:117561. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117561