بررسی فنی و اقتصادی سیستم های ذخیره سازی انرژی الکتریکی بوسیله هوای فشرده به منظور مدیریت مصرف در اوج بار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

3 مدیر عامل شرکت توزیع نیروی برق استان خراسان شمالی، بجنورد، ایران

4 کارشناسی ارشد مدیریت تکنولوژی، رئیس تحقیقات شرکت توزیع نیروی برق استان خراسان شمالی، بجنورد، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر، دو طرح پیشنهادی برای سیستم­های ذخیره­سازی انرژی هوای فشرده، یکی مجهز به بازیاب گرما و دیگری بدون آن ارائه و تحلیل­های فنی مربوط به آن­ها انجام شده است. هزینه­های مربوط به هر یک از طرح­ها مورد ارزیابی قرار گرفته و یک تحلیل اقتصادی شامل ارزش خالص فعلی (NPV)، نرخ بازگشت سرمایه (IRR)، شاخص سودآوری (PI) و دوره بازگشت سرمایه  تنزیل یافته (DPBP) صورت گرفته است. این تحلیل­ها برای مقادیر ذخیره انرژی 80، 220، 360، 480، 640 و 1000 کیلووات ساعت و فشارهای ذخیره­سازی 50، 100، 150، 200، 250، 300، 350، 400 و 450 بار ارائه گردیده است. نتایج مربوط به تحلیل­های فنی و اقتصادی نشان می­دهد که این سیستم­ها برای تولید توان­های بالاتر و در فشار ذخیره­سازی پایین­تر، توجیه­پذیرتر هستند.  در پایان با استفاده از نتایج حاصل از این تحلیل، طرح بهینه ذخیره انرژی 640 کیلووات ساعت با فشار ذخیره­سازی 50 بار پیشنهاد گردیده است. از نتایج حاصل از این پژوهش می­توان برای انتخاب یک سیستم ذخیره هوای فشرده مناسب به منظور اوج­ زدایی در ساعات اوج مصرف برق بهره برد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


کارگر م. ر.، بنی اسدی ا.، تحلیل عملکرد مبادله‌کن گرمایی فوق گرمایش در سیستم ذخیره‌سازی انرژی گرمایی نیروگاه خورشیدی بخارمستقیم. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 48، ش. 1، ص 297-306، 1397.
 
میرزایی ضیاپور ب. و هشترودی اصل ا.، تامین انرژی گرمایشی سالیانه نوع جدیدی از گلخانه­های خورشیدی با استفاده از بازتابنده­های NIR و ذخیره­ساز حرارتی حاوی PCM. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 46، ش. 3، ص 231-236، 1395.
 
Schoenung S. M., Characteristics and Technologies for Long-vs. Short-Term Energy Storage. A Study by the DOE Energy Storage Systems Program, 2001.
[3]
Huang W., Wang X., Guo J., Zhang J. and Yang J., Discussion on application of super capacitor energy storage system in   microgrid. In International Conference on Sustainable Power Generation and Supply, Nanjing, China, 2009.
[4]
Budt M., Wolf D., Span R. and Yan J., A review on compressed air energy storage: Basic principles, past milestones and recent developments, Applied Energy, Vol. 170, pp. 250–268, 2016.
[5]
Baqari F. and Vahidi B., Small-compressed air energy storage system integrated with induction generator for metropolises: A case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 21, pp. 365–370, 2013.
[6]
Jinchao L., Xinjing Z., Yujie X., Zongyan C., Haisheng C. and Chunqing T., Economic Analysis of using Above Ground Gas Storage Devices for Compressed Air Energy Storage System. Journal of Thermal Science, Vol. 23 pp. 535-543, 2014.
[7]
Salvini C., Techno-Economic Analysis of Small Size Second Generation CAES System. Energy Procedia, Vol. 82, pp. 782 – 788, 2015.
[8]
Safaei H. And Aziz M.J., Thermodynamic Analysis of Three Compressed Air Energy Storage Systems: Conventional, Adiabatic, and Hydrogen-Fueled. Energies, Vol. 10, pp. 1020, 2017.
[9]
Lund H. and Salgi G., The role of compressed air energy storage (CAES) in future sustainable energy systems. Energy Conversion and Management, Vol. 50, pp. 1172–1179, 2009.
[10]
Saputro E. A. and Farid M. M., A novel approach of heat recovery system in compressed air energy storage (CAES). Energy Conversion and Management, Vol. 178, pp. 217–225, 2018.
[11]
Satkin M., Noorollahi Y., Abbaspour M. and Yousefi H., Multi criteria site selection model for wind-compressed air energy storage power plants in Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 32, 579–590, 2014.
[12]
Li Y., Miao S., Yin B., Han J., Zhang S., Wang J. and Luo X., Combined Heat and Power dispatch considering Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage for wind power accommodation. Energy Conversion and Management, Vol. 200, pp. 112091, 2019.
[13]
Fertig E. and Apt J., Economics of compressed air energy storage to integrate wind power: A case study in ERCOT. Energy Policy, Vol. 39, pp. 2330–2342, 2011.
[14]
Venkataramani G., and Ramalingam V., Performance analysis of a small capacity compressed air energy storage system for renewable energy generation using TRNSYS. Journal of Renewable and Sustainable Energy, Vol. 9, pp. 044106, 2017.
[15]
Razmi A., Soltani M., Aghanajafi C. and Torabi M., Thermodynamic and economic investigation of a novel integration of the absorption-recompression refrigeration system with compressed air energy storage (CAES). Energy Conversion and Management, Vol. 187, pp. 262–273, 2019.
[16]
Kim Y.M., Shin D.G. and Favrat D., Operating characteristics of constant-pressure compressed air energy storage (CAES) system combined with pumped hydro storage based on energy and exergy analysis. Energy, Vol. 36, pp. 6220–6233, 2011.
[17]
Valdivia P., Barraza R., Saldivia D., Gacitúa L., Barrueto A. and Estay D., Assessment of a Compressed Air Energy Storage System using gas pipelines as storage devices in Chile. Renewable Energy, Vol. 147, pp. 1251–1265, 2020.
[18]
Fan J., Liu W., Jiang D., Chen J., Tiedeu W. N., Chen J. and JJK D., Thermodynamic and applicability analysis of a hybrid CAES system using abandoned coal mine in China. Energy, Vol. 157, pp. 31–44, 2018.
[19]
US patent, Patent No. US9938896B2, Apr.10, 2018.
[20]
Cengel Y. and Boles M., Thermodynamics: An Engineering Approach. 8th Edition, McGraw-Hill Education, 2014.
[21]
Seider W. D., Lewin D. R., Seader J. D., Widagdo S., Gani R., Ng K. M, Product and Process Design Principles: Synthesis, Analysis and Evaluation, 4th Edition, Wiley, 2016.
[22]
Arabkoohsar A., Mechanical Energy Storage Technologies, Chapter 1: Classification of energy storage
systems. Academic Press, 2021.
[23]
Ross S. A., Westerfield R. and Jordan B. D., Fundamentals of corporate finance. Tata McGraw-Hill Education, 2008.
[24]