卡諾電池是通過(guò)水或熔鹽等儲能介質(zhì)將電能以熱能形式儲存起來(lái)，并在需要時(shí)將熱能轉化為電能的系統。這類(lèi)系統包括 液態(tài)空氣儲能 (LAES) 系統、 基于 布雷頓 或 朗肯的泵送式熱能儲存 (PTES) 系統、拉姆-霍尼格曼儲能(Lamm-Honigmann storage，一種基于吸附技術(shù)，可同時(shí)以熱能和電能進(jìn)行充放電)以及基于集成電阻加熱并進(jìn)行功率循環(huán)的系統。
所有這些存儲技術(shù)都允許廣泛的應用，例如套利業(yè)務(wù)、輔助服務(wù)或電網(wǎng)內的調峰。
科學(xué)家們通過(guò)單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化模擬了多個(gè)系統，以實(shí)現能量、火用和經(jīng)濟效率，并使用了 16 種不同的環(huán)保工作流體組合。
“CB是一種電能-熱能-電能的儲能技術(shù)，通過(guò)加熱或冷卻熱能存儲系統(TES)，將剩余電力轉化為熱能。儲存的熱能可以在需要時(shí)再轉換回電能，”學(xué)者們解釋道。“CB分為三個(gè)熱能區：TES儲罐(高溫和低溫)、熱源和散熱器。”
該團隊提出了六種可作為CB運行的HP-ORC組合方案。系統1是最基本的系統，包括一個(gè)蒸汽壓縮式熱泵(??VCHP)和一個(gè)簡(jiǎn)單的ORC。系統2在HP上增加了一個(gè)蓄熱器，系統3在ORC上增加了一個(gè)蓄熱器，系統4在HP和ORC上都增加了蓄熱器。系統5使用帶閃蒸室的兩級熱泵，而系統6則采用兩級HP和一個(gè)蓄熱式ORC。
在高壓側和有機朗肯循環(huán) (ORC) 側分別測試了四種不同的工質(zhì)，共計得出 16 種可能的組合。具體而言，它們是 R1224yd(Z)、R1234ze(Z)、R1336mzz(Z) 和 R1233zd(E)。這些系統是在 MATLAB 2024a 中開(kāi)發(fā)的，假設 VCHP 和 ORC 處于穩態(tài)運行;熱交換器中沒(méi)有熱量損失和壓力損失;壓縮機和膨脹機的效率恒定;水作為熱源、儲能和冷源中的傳熱流體。
首先，對六種系統配置和16種工質(zhì)對的所有可能組合進(jìn)行單目標優(yōu)化。每種組合均經(jīng)過(guò)三個(gè)單目標優(yōu)化——能量、火用和經(jīng)濟性。采用一種新穎的評分方法，系統地確定最佳工質(zhì)配置對。
模擬結果表明，再生熱泵和ORC配置(系統4)在所有流體組合中始終提供最佳效果，證明了其與其他系統相比更適合該技術(shù)。其中，R1233zd(E)-R1233zd(E) 的整體性能最高，其次是 R1234ze(Z)-R1224yd(Z)?；A熱泵和ORC配置(系統1)采用 R1336mzz(Z)-R1336mzz(Z) 時(shí)性能最低。
基于此分析，該團隊對系統 4 進(jìn)行了多目標優(yōu)化，在高壓側和有機朗肯循環(huán)側均使用了 R1233zd(E)。根據他們的研究結果，他們在往返效率和儲能平準化成本 (LCOS) 之間進(jìn)行了權衡。盡管如此，最優(yōu)設計仍實(shí)現了 57.43% 的往返效率和 0.649 歐元(0.73 美元)/千瓦時(shí)的平準化成本 (LCOS)。
“在不顯著(zhù)影響整體性能的情況下，效率可以達到 81.30%。超過(guò)這個(gè)水平，由于性能會(huì )迅速下降，進(jìn)一步的改進(jìn)就沒(méi)有必要了。”該團隊表示，“對于小型實(shí)驗臺，最佳設計點(diǎn)對應的 LCOS 為 1.093 歐元/千瓦時(shí)，但預計在更大規模下會(huì )下降。”
他們的研究成果發(fā)表在《能源轉換與管理：X》雜志上，題為“用于儲能應用的卡諾電池的多目標優(yōu)化和設計”。
丹麥技術(shù)大學(xué)的學(xué)者 在2023年發(fā)表的一項研究中 提出，使用 卡諾電池 將燃煤電廠(chǎng)轉變?yōu)榭稍偕茉瓷a(chǎn)。
丹麥的另一組研究人員也研究了如何 使用卡諾電池在本國儲存可再生能源， 并發(fā)現這些設備只有在一定的成本門(mén)檻下才能做出顯著(zhù)的貢獻。
