Технико-экономическая оценка систем аккумулирования электроэнергии с термическим насосом, использующих материалы для аккумулирования явной теплоты

Представлены три варианта систем аккумулирования электроэнергии с термическим насосом (PTES), основанные на доступных в настоящее время материалах для аккумулирования явной теплоты: (i) системы PTES Джоуля—Брайтона с твердыми тепловыми резервуарами; (ii) системы PTES Джоуля—Брайтона с жидкими тепловыми накопителями; и (iii) транс-критические системы PTES Ренкина с жидкими тепловыми накопителями. Для каждого варианта системы PTES выполнена параметрическая оптимизация конструкции с учетом различных конфигураций системы, рабочих тел и сред аккумулирования с термодинамической точки зрения. Результаты показывают, что среди исследованных систем рекуперативная транс-критическая система PTES Ренкина с CO2 в качестве рабочего тела и Therminol VP-1 в качестве материала для аккумулирования достигает наивысшего коэффициента полезного действия полного цикла — 68%. Помимо оптимальных термодинамических характеристик этих систем, оценены соответствующие капитальные затраты. Сравнение экономических характеристик выбранных оптимальных конструкций PTES показывает, что рекуперативная транс-критическая система PTES Ренкина с CO2 и Therminol VP-1 имеет наименьшие капитальные затраты — 209 млн долл. США — при заданной мощности (50 МВт) и продолжительности разряда (6 ч). Также исследовано влияние мощности и продолжительности разряда; результаты показывают, что минимальные удельные капитальные затраты по мощности и энергии составляют соответственно 3790 долл. США/кВт (при продолжительности разряда 2 ч) и 396 долл. США/(кВт·ч) (при продолжительности разряда 12 ч).