Μπορεί κάποιος να απεικονίσει τον τύπο στη φυσική της αποθήκευσης πεπιεσμένου αέρα με ένα παράδειγμα;
Η βασική αρχή του CAES περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα:
• Συμπίεση:Ο αέρας είναι συμπιεσμένος αδιαβατικά (δηλ. Χωρίς σημαντική μεταφορά θερμότητας προς ή από το περιβάλλον) χρησιμοποιώντας έναν συμπιεστή αέρα, ο οποίος αυξάνει τη θερμοκρασία του.
• Ψύξη:Ο συμπιεσμένος αέρας στη συνέχεια ψύχεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας έναν εναλλάκτη θερμότητας, αφαιρώντας τη θερμότητα που παράγεται κατά τη συμπίεση και μειώνοντας περαιτέρω τον όγκο του.
• Αποθήκευση:Ο ψυγμένος πεπιεσμένος αέρας αποθηκεύεται στη συνέχεια σε μια κατάλληλη υπόγεια εγκατάσταση αποθήκευσης, όπως σπήλαιο αλατιού, εξαντλημένη δεξαμενή αερίου ή υδροφόρου ορίζοντα.
• Επέκταση:Όταν χρειάζεται, ο αποθηκευμένος πεπιεσμένος αέρας επεκτείνεται σε χαμηλότερη πίεση μέσω ενός στροβίλου, μετατρέποντας την αποθηκευμένη δυναμική του ενέργεια σε κινητική ενέργεια.
• Παραγωγή ενέργειας:Ο εκτεταμένος αέρας διέρχεται από μια γεννήτρια, όπου προκαλεί τον περιστροφή και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
• Ανάκτηση θερμότητας:Ο αέρας εξάτμισης από τον στρόβιλο εξακολουθεί να περιέχει κάποια ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, η οποία μπορεί να ανακτηθεί χρησιμοποιώντας έναν εναλλάκτη θερμότητας για να προθέρμανσε τον αέρα που εισέρχεται στον συμπιεστή. Αυτό βελτιώνει τη συνολική αποτελεσματικότητα του συστήματος.
Για να απεικονίσετε τον τύπο, εξετάστε ένα σύστημα CAES με τις ακόλουθες παραμέτρους:
• Αρχική πίεση αέρα:1 atm
• Τελική πίεση αέρα:10 atm
• Αρχική θερμοκρασία αέρα:25 ° C
• Τελική θερμοκρασία αέρα:35 ° C
• Αποδοτικότητα του στροβίλου:80%
• Αποδοτικότητα γεννήτριας:90%
• Συνολική αποτελεσματικότητα του αεροσυμπιεστού και του εναλλάκτη θερμότητας:85%
1. Εργασία συμπίεσης:Η εργασία που απαιτείται για τη συμπίεση του αέρα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:
Εργασία συμπίεσης =(P2V2 - P1V1)/N,
Όπου P1 και P2 είναι οι αρχικές και τελικές πιέσεις, οι V1 και V2 είναι οι αρχικοί και τελικοί όγκοι και το 'n' είναι ο πολυτρικός εκθέτης για τον αέρα (περίπου 1,4).
2. Εργασία ψύξης:Υποθέτοντας ότι η διαδικασία ψύξης είναι ισοβαρική (σταθερή πίεση) και υποθέτοντας την τέλεια μεταφορά θερμότητας, η εργασία που απαιτείται για την ψύξη του συμπιεσμένου αέρα είναι:
Ψύξη work =m * c_v * (t2 - t1),
Όπου τα Τ1 και Τ2 είναι οι αρχικές και τελικές θερμοκρασίες, το Μ είναι η μάζα του αέρα και το C_V είναι η ειδική θερμότητα του αέρα σε σταθερό όγκο (περίπου 718 j/kg-k).
3. Ανάκτηση θερμότητας:Η θερμότητα που μπορεί να ανακτηθεί από τον αέρα εξάτμισης του στροβίλου μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας:
Ανάκτηση θερμότητας =M * C_P * (T3 - T4), όπου το T3 είναι η θερμοκρασία εξάτμισης, το T4 είναι η θερμοκρασία του αέρα που εισέρχεται στον συμπιεστή και το C_P είναι η ειδική θερμότητα αέρα σε σταθερή πίεση (περίπου 1004 J/kg -K).
4. Παραγωγή ενέργειας:Η ισχύς που παράγεται από τον στρόβιλο δίνεται από:
Power =m * (h1 - h2) * n,
Όπου H1 και H2 είναι οι συγκεκριμένες ενθαλπίες του αέρα στην είσοδο και την έξοδο του στροβίλου και το $ \ Eta $ είναι η απόδοση του στροβίλου.
Η συνολική απόδοση του συστήματος μπορεί στη συνέχεια να υπολογιστεί ως:
Απόδοση του συστήματος =(εξουσία ισχύος / εργασία συμπίεσης + εργασία ψύξης)
Συνδέοντας τις δεδομένες αριθμητικές τιμές, υπολογίστε κάθε μία από αυτές τις ποσότητες και προσδιορίστε τη συνολική απόδοση του συστήματος του συστήματος CAES.
