Оценка эффективности криогенных аккумуляторов энергии


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проводится оценка эффективности криогенных аккумуляторов энергии с энергетической, эксергетической и экономической точек зрения. Предложен комплексный показатель производительности, объединяющий эти факторы и устраняющий ограничения традиционных метрик, таких как коэффициент аккумулирования, который не учитывает внешние источники тепла/холода. Анализ тридцати установок различных авторов показал, что системы, использующие тепло сжатия и холод криопродукта, достигают эффективности до 70%, тогда как системы, работающие только на электроэнергии, демонстрируют средний показатель в 25%. Показано, что высокий коэффициент аккумулирования (больше 100% в некоторых случаях) не гарантирует, что установка работает эффективно с точки зрения термодинамики (эксергетический КПД может быть порядка 10%). Предполагаемый комплексный показатель связывает коэффициент аккумулирования, эксергетический КПД и удельную стоимость хранения, выделяя оптимальные установки. Сделан вывод, что интеграция вспомогательного аккумулирования тепла/холода и внешних источников энергии (например, геотермального тепла и холода сжиженного природного газа) повышает эффективность аккумулятора, хотя сохраняются практические ограничения, такие как нестабильность регенеративных теплообменников.

Об авторах

Е. В. Благин

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Автор, ответственный за переписку.
Email: blagin.ev@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0002-8921-4122

кандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники и тепловых двигателей

Россия

Д. А. Угланов

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: uglanov.da@ssau.ru

доктор технических наук, профессор кафедры теплотехники и тепловых двигателей

Россия

Список литературы

  1. Smith E.M. Storage of electrical energy using supercritical liquid air // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. 1977. V. 191, Iss. 1. P. 289-298. doi: 10.1243/pime_proc_1977_191_035_02
  2. Morgan R., Nelmes S., Gibson E., Brett G. Liquid air energy storage – Analysis and first results from a pilot scale demonstration plant // Applied Energy. 2015. V. 137. P. 845-853. doi: 10.1016/j.apenergy.2014.07.109
  3. Li Y., Cao H., Wang S., Jin Y., Li D., Wang X., Ding Y. Load shifting of nuclear power plants using cryogenic energy storage // Applied Energy. 2014. V. 113. P. 1710-1716. doi: 10.1016/j.apenergy.2013.08.077
  4. Guizzi G., Manno M., Tolomei L., Vitali R. Thermodynamic analysis of a liquid air energy storage system // Energy. 2015. V. 93. P. 1639-1647. doi: 10.1016/j.energy.2015.10.030
  5. She X., Li Y., Peng X., Ding Y. Theoretical analysis on performance enhancement of stand-alone liquid air energy storage from perspective of energy storage and heat transfer // Energy Procedia. 2017. V. 142. P. 3498-3504. doi: 10.1016/j.egypro.2017.12.236
  6. Lee I., Park J., Moon I. Conceptual design and exergy analysis of combined cryogenic energy storage and LNG regasification processes: Cold and power integration // Energy. 2017. V. 140. P. 106-115. doi: 10.1016/j.energy.2017.08.054
  7. Gökçeer T., Demirkaya G., Padilla R.V. Thermoeconomic analysis of liquid air energy storage system // Proceedings of the ASME 2017 11th International Conference on Energy Sustainability (June, 26-30, 2017, Charlotte, North Carolina, USA). doi: 10.1115/ES2017-3370
  8. Kim J., Noh Y., Chang D. Storage system for distributed-energy generation using liquid air combined with liquefied natural gas // Applied Energy. 2018. V. 212. P. 1417-1432. doi: 10.1016/j.apenergy.2017.12.092
  9. Hamdy S., Morosuk T., Tsatsaronis G. Cryogenics-based energy storage: Evaluation of cold exergy recovery cycles // Energy. 2017. V. 138. P. 1069-1080. doi: 10.1016/j.energy.2017.07.118
  10. Hamdy S., Morosuk T., Tsatsaronis G. Exergoeconomic optimization of an adiabatic cryogenics-based energy storage system // Energy. 2019. V. 183. P. 812-824. doi: 10.1016/j.energy.2019.06.176
  11. Sciacovelli A., Vecchi A., Ding Y. Liquid air energy storage (LAES) with packed bed cold thermal storage – From component to system level performance through dynamic modelling // Applied Energy. 2017. V. 190. P. 84-98. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.12.118
  12. Peng H., Shan X., Yang Y., Ling X. A study on performance of a liquid air energy storage system with packed bed units // Applied Energy. 2018. V. 211. P. 126-135. doi: 10.1016/j.apenergy.2017.11.045
  13. Lin X., Wang L., Xie N., Li G., Chen H. Thermodynamic analysis of the cascaded packed bed cryogenic storage based supercritical air energy storage system // Energy Procedia. 2019. V. 158. P. 5079-5085. doi: 10.1016/j.egypro.2019.01.639
  14. She X., Peng X., Nie B., Leng G., Zhang X., Weng L., Tong L., Zheng L., Wang L., Ding Y. Enhancement of round trip efficiency of liquid air energy storage through effective utilization of heat of compression // Applied Energy. 2017. V. 206. P. 1632-1642. doi: 10.1016/j.apenergy.2017.09.102
  15. Peng X., She X., Cong L., Zhang T., Li C., Li Y., Wang L., Tong L., Ding Y. Thermodynamic study on the effect of cold and heat recovery on performance of liquid air energy storage // Applied Energy. 2018. V. 221. P. 86-99. doi: 10.1016/j.apenergy.2018.03.151
  16. Krawczyk P., Szabłowski Ł., Karellas S., Kakaras E., Badyda K. Comparative thermodynamic analysis of compressed air and liquid air energy storage systems // Energy. 2018. V. 142. P. 46-54. doi: 10.1016/j.energy.2017.07.078
  17. Zhang T., Chen L., Zhang X., Mei S., Xue X., Zhou Y. Thermodynamic analysis of a novel hybrid liquid air energy storage system based on the utilization of LNG cold energy // Energy. 2018. V. 155. P. 641-650. doi: 10.1016/j.energy.2018.05.041
  18. Cetin T., Kanoglu M., Yanikomer N. Cryogenic energy storage powered by geothermal energy // Geothermics. 2019. V. 77. P. 34-40. doi: 10.1016/j.geothermics.2018.08.005
  19. Zhang T., Zhang X., Xue X., Wang G., Mei S. Thermodynamic analysis of a hybrid power system combining Kalina cycle with liquid air energy storage // Entropy. 2019. V. 21, Iss. 3. doi: 10.3390/e21030220
  20. Liu Y., Tan H. Preliminary study on a new cryogenic energy storage system based on natural gas liquefaction // Proceedings of the 14th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, ICIEA (June, 19-21, 2019, Xi'an, China). 2019. P. 483-487. doi: 10.1109/ICIEA.2019.8833884
  21. She X., Wang H., Zhang T., Li Y., Zhao X., Ding Y., Wang C. Liquid air energy storage – A critical review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2025. V. 208. doi: 10.1016/j.rser.2024.114986
  22. Fang Z., Pan Z., Ma G., Yu J., Shang L., Zhang Z. Exergoeconomic, exergoenvironmental analysis and multi-objective optimization of a novel combined cooling, heating and power system for liquefied natural gas cold energy recovery // Energy. 2023. V. 269. doi: 10.1016/j.energy.2023.126752
  23. Abdolalipouradl M., Khalilarya S., Jafarmadar S. Exergoeconomic analysis of a novel integrated transcritical CO2 and Kalina 11 cycles from Sabalan geothermal power plant // Energy Conversion and Management. 2019. V. 195. P. 420-435. doi: 10.1016/j.enconman.2019.05.027
  24. Peng X., She X., Li C., Luo Y., Zhang T., Li Y., Ding Y. Liquid air energy storage flexibly coupled with LNG regasification for improving air liquefaction // Applied Energy. 2019. V. 250. P. 1190-1201. doi: 10.1016/j.apenergy.2019.05.040
  25. She X., Zhang T., Cong L., Peng X., Li C., Luo Y., Ding Y. Flexible integration of liquid air energy storage with liquefied natural gas regasification for power generation enhancement // Applied Energy. 2019. V. 251. doi: 10.1016/j.apenergy.2019.113355
  26. Xu M., Zhao P., Huo Y., Han J., Wang J., Dai Y. Thermodynamic analysis of a novel liquid carbon dioxide energy storage system and comparison to a liquid air energy storage system // Journal of Cleaner Production. 2020. V. 242. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.118437
  27. Park J., You F., Cho H., Lee I., Moon I. Novel massive thermal energy storage system for liquefied natural gas cold energy recovery // Energy. 2020. V. 195. doi: 10.1016/j.energy.2020.117022
  28. Zhang Y., Yao E., Zhang X., Yang K. Thermodynamic analysis of a novel compressed carbon dioxide energy storage system with low‐temperature thermal storage // International Journal of Energy Research. 2020. V. 44, Iss. 8. P. 6531-6554. doi: 10.1002/er.5387
  29. Qi M., Park J., Kim J., Lee I., Moon I. Advanced integration of LNG regasification power plant with liquid air energy storage: Enhancements in flexibility, safety, and power generation // Applied Energy. 2020. V. 269. doi: 10.1016/j.apenergy.2020.115049
  30. Cetin T., Kanoglu M., Bedir F. Integration of cryogenic energy storage and cryogenic organic cycle to geothermal power plants // Geothermics. 2020. V. 87. doi: 10.1016/j.geothermics.2020.101830
  31. Wang C., Akkurt N., Zhang X., Luo Y., She X. Techno-economic analyses of multi-functional liquid air energy storage for power generation, oxygen production and heating // Applied Energy. 2020. V. 275. doi: 10.1016/j.apenergy.2020.115392
  32. Park J., Cho S., Qi M., Noh W., Lee I., Moon I. Liquid air energy storage coupled with liquefied natural gas cold energy: Focus on efficiency, energy capacity, and flexibility // Energy. 2021. V. 216. doi: 10.1016/j.energy.2020.119308
  33. Liu Q., He Z., Liu Y., He Y. Thermodynamic and parametric analyses of a thermoelectric generator in a liquid air energy storage system // Energy Conversion and Management. 2021. V. 237. doi: 10.1016/j.enconman.2021.114117

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».