《基於開-閉耦合式斯特林機構的液化空氣儲能方法研究》是依託北京航空航天大學，由許未晴擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於開-閉耦合式斯特林機構的液化空氣儲能方法研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：許未晴
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
液化空氣儲能相比傳統壓縮空氣儲能以其儲能密度高的優點，適用於可再生能源的大規模儲存，具有廣闊的套用前景。.液化空氣與大氣環境存在溫差（200℃）而具備冷能，液化空氣儲能是通過電能與冷能的相互轉換實現蓄電和發電。傳統基於“電能-冷能-壓力能-電能”的儲能流程，發電時液化空氣經泵的加壓，冷能轉換為壓力能，經膨脹機壓力能轉換為電能，其瓶頸在於“冷能-壓力能”環節壓力能轉換率低，傳統通過增加工作壓力來提高效率，對系統的耐壓和密封要求高、系統複雜、成本高。.本項目提出了“電能-冷能-電能”的儲能方法，引入斯特林熱機代替膨脹機，實現冷能向電能的直接轉換，以避免低效的“冷能-壓力能”環節。由於氣化時部分冷能自發轉換為壓力能，提出了開-閉耦合式斯特林熱功轉換機構，以實現冷能和壓力能向電能的耦合轉換。從而達到提高儲能效率，降低系統工作壓力，簡化系統結構，降低成本的目的，有助於液化空氣儲能技術的推廣套用。
結題摘要
液化空氣儲能作為壓縮空氣儲能的一個重要研究方向，將壓縮空氣液化，可將儲能密度提高一個數量級，適用於可再生能源的大規模儲存。液化空氣與大氣環境存在溫差（200℃）而具備冷能，通過電能與冷能的相互轉換可實現蓄電和發電。適用於太陽能、風電等可再生能源的大規模儲存，套用前景廣闊。目前，液化空氣儲能系統在液化空氣氣化時不儲存釋放的冷量，導致儲能效率低（＜20%），投資回收期長（10年），還不能投入商業套用。本項目提出了開-閉耦合式斯特林熱功轉換機構，引入了基於多孔材料的回熱器結構，實現冷能的蓄存和釋放，以實現液化空氣中冷能和壓力能向電能的耦合轉換，從而提高了液化空氣系統熱功轉換效率。針對多孔材料在流體中產生的擾動，引起的流體傳熱特性和阻力特性變化的問題，建立了氣-液界面固相擾動下的兩相流動力學模型，研究了多孔材料擾動下的兩相流換熱特性和流體阻力模型，測量了溫度、壓力以及傳熱係數等傳熱和阻力特性參數，驗證了上述動力學模型套用於模擬多孔材料傳熱和阻力的正確性。針對新型熱功轉換系統動力學特性不明的問題，建立了耦合冷端模型、熱端模型以及回熱器模型等子模型的系統動力學模型，模擬了不同負載、轉速下系統的動力學特性，分析了氣體工作壓力、工作溫度、活塞掃氣比、相位超前角、多孔材料質量和回熱器等因素對系統效率的影響。為了開展基於斯特林循環的液化空氣儲能套用研究，建立了液化空氣斯特林熱功轉換機構及其實驗平台。設計和製作了系統的原理驗證樣機，驗證了將上述系統動力學模型套用於分析系統特性的正確性，驗證了基於多孔材料的回熱器結構對效率的提升作用，為液化空氣熱功轉換系統的設計和效率的最佳化奠定了基礎。為提高儲能效率提供了新的思路和可行技術途徑。取得成果：（1）在重要學術期刊、國際學術會議上發表學術論文10篇，其中SCI 3篇；（2）申請發明專利6項，其中已授權4項；（3）獲得2017年國家科技進步獎二等獎（個人排名第4）。（4）培養博士3名，碩士5名。
