加拿大研究人员利用实验装置和数值模型分析了地上压缩空气储能系统 (CAES) 的性能。然后，系统建模的准稳态方法能够预测实验装置的不同参数，平均绝对百分比误差 (MAPE) 小于 4%。
“这项研究假设，开发一个完全仪表化的测试台和先进的数值模型，整合真实空气特性并考虑传热动力学，将显著提高模型在表示 CAES 系统真实行为方面的能力，最大限度地减少错误，”他们解释道。“进一步假设，这种改进的模型将能够进行详细的参数分析，这将有助于确定系统改进的具体机会。”
CAES 可利用太阳能的间歇性，因为它可以在生产过剩时储存压缩空气，在生产不足时释放压缩空气。地下 CAES 可在电网规模上使用，而地上系统则更灵活，尽管对它的研究还不太成熟。
“CAES 系统的运行方式如下：在能源过剩期间，电力用于驱动压缩机的电机。然后，压缩机将环境空气压缩到储存器中，”学者们解释道。“当有电力需求时，储存器中的压缩空气被释放并引导至涡轮机。涡轮机将空气的压力能转化为旋转运动，然后用于驱动发电机发电。”
科学家创建的实验装置包括一台 45 kW 压缩机、一个控制单元、一台吸附干燥机和 20 个储液器，总容量为 5.86 立方米。根据该系统运行的结果和所审查的文献，科学家使用准稳态方法创建了一个模型来预测其运行情况。
“准稳态方法模拟了系统的瞬态动力学，将计算划分为以稳态条件为特征的较小区间，”该团队解释道。“这种方法使我们能够考虑环境条件随时间的变化，提供系统响应的动态模拟，这比其他研究中使用的稳态假设有所改进。”
该模型经过进一步校准，其 13 个参数的 MAPE 介于 0.21% 和 3.58% 之间。研究人员表示：“由于 MAPE 值始终低于 4.0%，因此人们对该模型准确模拟系统动态的能力充满信心，从而为后续的参数分析奠定了坚实的基础。”他们指出，所提出的模型有助于对参数进行精心操纵，从而能够对其往返效率 (RTE) 进行系统评估。
根据参数分析，研究小组发现，在较低温度下压缩空气可减少压缩机工作量并延长充电时间，从而使 RTE 增加 1%。他们还发现，将多方指数降低至接近等温过程可使预热后的 RTE 增加 7.5%。最后，该团队还发现，“将膨胀阶段的数量从 1 级增加到 3 级可显著提高 RTE，从 5.5% 提高到 16%。”
研究结果发表在《能源转换与管理》杂志上的“地上压缩空气储能系统：实验和数值方法”中。这项研究由加拿大高等技术学院 (ÉTS)和魁北克水电研究所 (IREQ)进行。
