requestId:687530194dc6d0.15484759.
作者: 楊毅 1,3 劉石 1,3包養金額黃正 1,3卜憲標 2 吳蔚 1溫喆然 1徐軍濤 1李士杰 4
單位：1. 廣東新型儲能國家研討院無限公司；2. 中國科學院廣州動力研討所；3. 南邊電網電力科技股份無限公司；4. 中國南邊電網無限責任公司
援用本文：短期包養楊毅, 劉石, 黃正, 等. 基于水下壓縮空氣儲能的遠海電淡冰涼熱聯產系統機能剖析[J]. 儲能科學與技術, 2025, 14(3): 1160-1167.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0168
本文亮點：提出了基于水下壓縮空氣儲能的電淡冰涼熱多聯產系統，構建了熱動力學數學模子，剖析了發電、制冰制冷以及生產海水和熱水的機能。水下壓縮空氣儲能進行電淡冰涼熱聯產技術思緒可行，系統集成化水平高，適用于陸地環境。結合海上風電和光伏，依托水下壓縮空氣儲能系統可以樹立海上動力站，為遠海島嶼、漁船、商船和浮動平臺等供給電淡包養網冰涼熱供應，助力陸地經濟高質量發展。
摘 要 提出了基于水下壓縮空氣儲能的電淡冰涼熱多聯產系統，以解決海上可再生動力發電的配儲難題以及遠海對電、海水、冰和冷熱獲取難的問題。構建了儲釋能過程主角：宋微、陳居白┃配角：薛華┃其他：以及多聯產過程的熱動力學數學模子，剖析了發電、制冰、制冷以及生產海水和熱水的機能。結果表白：水下定壓儲能的儲能密度和能量收受接管效力較定容儲能實現年夜幅進步。別的，通過壓縮空氣儲能以及級間壓縮熱和膨脹制冷，可以在海上同時生產電能、海水、熱水其實陳居白並不太符合宋微擇偶的標準。、冰和冷能；級間壓縮熱除了加熱膨脹機進氣，還可以驅動多效蒸餾海水淡化設備生產海水同時生產60 ℃以上熱水。對于深度500 m，容積10000 m3的儲氣罐，天天的海水產量達51.45 t；抽取中間級膨脹機出口氣體進行膨脹制冰制冷，當抽取50%空氣流量(30.4 kg/s)時，天天可制冰30.72 t。水下壓縮空氣儲能可以解決海上風電和光伏的不穩定難題，促進海上可再生動包養力發電更年夜規模的發展。依托水下壓縮空氣儲能系統可以樹立海上動力站，為遠海島嶼、漁船、商船和浮動平臺等供給電淡冰涼熱供應，助力陸地經濟高質量發展。
關鍵詞 水下壓縮空氣儲能；定壓儲能；冷熱電淡冰多聯產；電淡聯產；海上動力站
習總書記指出，陸地經濟發展前程無量，建設陸地強國，必須進一個步驟關心陸地、認識陸地、經略陸地，加速陸地科技創新程序。我國海域面積達300多萬km2，海上風電和光伏的可裝機容量分別為3009 GW和70 GW，年夜規模的海上可再生動力發電為“雙碳”目標的實現供給了無力支撐，也為陸地經濟的高質量發展供給了堅實的動力保證。《“十四五”可再生動力發展規劃》提出，優化遠洋海上風電布局，開展深遠海海上風電規劃，推動遠洋規模化開發和深遠海示范化開發。“十四五包養”期間，各地出臺的海上風電發展規劃規模已達8000萬千瓦，到2030年累計裝機將超過2億千瓦。可再生動力發電具有間歇不穩定的特點，隨規模的擴年夜，亟需年夜容量高效低本錢長時儲能技術。
水下壓縮空氣儲能應用海水的靜壓，通過氣水互驅實現定壓壓縮空包養氣儲能(isobaric compressed air energy storage, IBCAES)，與定容壓縮空氣儲能(isochoric compressed air energy storage, ICCAES)比擬，儲能密度年夜，能量收受接管效力高。國內外學者從熱動力學、影響參數、?剖析、多目標優化、水下儲氣罐設計及機能測試、水下儲氣罐水動力學模擬及剖析等角度對水下壓縮空氣儲能開展了理論和模擬研討。2014—2019年，american和加拿年夜分別在夏威夷、安粗略和戈德里奇開展了6.6 MW、0.7 MW和2.2 MW/10 MWh的工程試驗和示范，論證了IBCAES的可行性和靠得住性。
遠海島嶼、船舶以及漂浮平臺不僅包養需求電能，並且對海包養水、冰、冷、熱也有急切需求。水下壓縮空氣儲能系統不僅有壓縮熱，並且有高壓空氣，是以可以通過熱進行制海水，通過氣體膨脹進行制冰制冷。基于此，本任務提出了一種基于水下壓縮空氣儲能的遠海電淡冰涼熱聯產系統，構建了數學模子，開展了電淡冰涼熱機能包養剖析，以期為人類馴服遠海供給資源和動力支撐。
1 物理及數學模子構建和求解
1.1物理模子
IBCAES系統如圖1所示，重要包含壓縮機和級間冷卻器，膨脹機和級間加熱器，以及水包養下儲氣罐和浮動平臺。IBCAES可以與遠海島嶼結合，也可以與遠海浮動平臺結合，重要解決海上可再生動力發電的儲能問題，好比海上風電、光伏、海浪能以及潮水能等。IBCAES的任務道理為：用電低谷時，電能驅動壓縮機，將低壓空氣壓縮到高壓儲存在水下儲氣罐內，實現電能向高壓空氣勢能的轉換。在用電岑嶺時，水下儲包養網氣罐的高壓空氣釋放，驅長期包養動膨脹機和發電機發電，將高壓空氣的勢能又轉化為電能。
1—第一級壓縮機，2—第二級壓縮機，3—第三級壓縮機，4—第一級級間冷卻器，5—第二級級間冷卻器，6—第三級級間冷卻器，7—氣體閥門1，8—氣體閥門2，9—第一級膨脹機，10—第二級膨脹機，11—第三級膨脹機，12—熱水罐，13—熱水泵，14—第三級級間加熱器，15—第二級級間加熱器，16—第一級級間加熱器，17—輸氣管線，18—冷水泵，19—冷水罐，包養網VIP20—浮動平臺，21—海水，22—水下空氣儲罐
遠海島嶼以及船舶，不僅需求電能，也需求冷熱、海水和冰，而包養網評價收受接管的級間壓縮熱可以通過低溫多效蒸餾海水淡化技術制取海水，同時，高壓空氣也可以通過膨脹技術包養價格進行制冷制冰。基于此，提出了面向遠海的水下壓縮空氣儲能電淡冰涼熱多聯產形式，如圖2所示。
1～22同圖1，23—制熱換熱器，24—低溫多效蒸餾海水淡化設備，25—氣體閥門3，26—制冷膨脹機，27—制冰機，28—制冷換熱器
1.2數學模子
數學模子重要包含設備熱動力學模子，好比壓縮機、膨脹機、級間冷卻器和加熱器、冷熱水泵、冷熱水箱和制淡設備等，以及機能評價模子，好比儲能密度和能量收受接管效力。
1.2.1 壓縮機
壓縮機出口溫度和耗電功率
(1)
(2)
式中，
為壓縮機進口溫度，K；
為壓縮機出口溫度，K；
為壓縮機等熵效力；
為壓比；
為空氣絕熱指數包養網車馬費；
為壓縮機耗電功率，W；c為壓縮機空氣質量流量，kg/s；
為電動機效力；
為氣體常數，J/(kg/K)。
1.2.2 膨脹機
膨脹機出口溫度和發電功率
(3)
(4)
式中，
為膨脹機出口溫度，K；
為膨脹機進口溫度，K；
為膨脹機等熵效力；
為膨脹比；
為膨脹機發電功率，W；
為膨脹機空氣質量流量，kg/s；
為發電機效力。
1.2.3 換熱器
換熱器重要包含級間加熱器和級間冷卻器，根據換熱量相等以及換熱器效能描寫二者的機能。
(5)
(6)
式中，
為實際換熱量，W；
為換熱器中流體質量流量，kg/s；
為換熱流體比熱容，J/(kg/K)；
為流體進口溫度，K；
為流體出口溫度，K；
為最年夜換熱功率，W；
為換熱器效能；
為熱流體進口溫度，K；
為冷流體進口溫度，K。
1.2.4 能量收受接管效力
(7)
式中，
為能量收受接管效力；wp,hot為熱水泵耗電量，kWh；wp,cold為冷水泵耗電量，kWh；為儲能和釋能時間，h。
1.2.5 儲能密度
(8)
式中，
為儲能密度，kWh/m3；
為水下儲氣罐容積，m3。
1.2.6 海水淡化
低溫多效蒸餾海水淡化系統，海水產量和能耗之間的關系用下式表現：
(9)
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