تحليل انرژي و ارزيابي سيستم نوين تركيبي ذخيره‌ سازي انرژي هواي فشرده و تلمبه ذخيره‌اي

Energy Analysis and Evaluation of an Innovative Hybrid Compressed Air and Pumped Hydroelectric Energy Storage System

به‌ علت محدوديت و مشكلات زيست‌محيطي سوخت‌هاي فسيلي، استفاده از سيستم‌هاي انرژي تجديدپذير امري ضروري و اجتناب‌ناپذير است اما توسعه استفاده از اين سيستم‌ها به‌جهت طبيعت ناپايدار آن‌ها نيازمند سيستم‌هاي ذخيره‌سازي انرژي است. سيستم‌هاي ذخيره‌سازي انرژي هواي فشرده و تلمبه ذخيره‌اي از نظر توان و مدت زمان ذخيره‌سازي پتانسيل بالايي براي كاربرد به‌همراه سيستم‌هاي انرژي تجديدپذير دارند اما هردو محدوديت‌هايي از نظر زيست‌محيطي و محل احداث دارند. سيستم تركيبي ذخيره‌سازي انرژي هواي فشرده و تلمبه ذخيره‌اي با داشتن مزاياي هر دو سيستم گزينه مناسبي براي كاربرد گسترده است. تاكنون پژوهش‌هاي كم‌تري به تحليل و بررسي اين سيستم تركيبي پرداخته‌اند و از اين جهت روابط ميان پارامترهاي سيستم با يكديگر و بازدهي سيستم نياز به بررسي بيش‌تري دارد. علاوه‌بر اين، سيستم‌هاي تركيبي ذخيره‌سازي انرژي هواي فشرده و تلمبه ذخيره‌اي كه در تحقيقات پيشين ارئه شده است داراي دو مشكل است؛ تبخير آب و محدوديت در فشار عملياتي سيستم. در مقاله حاضر سيستم تركيبي نويني ارائه شده است كه در آن با اصلاح ساختار سيستم‌هاي پيشين، ميزان تبخير آب به حداقل مي‌رسد و همچنين محدوديت فشار عملياتي سيستم را فناوري فشرده‌سازي موجود تعيين مي‌كند. پژوهش حاضر نشان داد نسبت حجم هوا به حجم مخزن فشاربالا بيش‌ترين تاثير را بر بازدهي سيستم دارد و يك پارامتر تعيين‌كننده است. ميزان انرژي صرفه‌جويي شده در سيستم پژوهش حاضر نسبت به پژوهش‌هاي پيشين قابل توجه است و بازدهي 90 درصد قابل دست‌يابي است. تحليل انرژي مقاله حاضر تاثير پارامترها بر يكديگر و محدوديت‌هاي آن‌ها را تعيين كرد تا بدين‌وسيله مسير طراحي و امكان‌سنجي آن هموار شود.

Concerning the limitations and environmental problems of fossil fuels, the use of renewable energy systems is necessary and inevitable, but the development of the use of these systems due to their unsustainable nature requires energy storage systems. Compressed air energy storage systems and pumped hydroelectric have a high potential for applying renewable energy systems in terms of power and storage time, but both have environmental and site limitations. The hybrid system of compressed air energy storage and pumped hydroelectric with the advantages of both systems is suitable for wide applications. So far, less research has been done to analyze this hybrid system, and therefore the relationship between system parameters and system efficiency required further investigation. Also, the combined systems presented in previous research have two problems; Water evaporation and limitations in system operating pressure. In this paper, a new hybrid system is presented in which the rate of water evaporation is minimized by modifying the structure of the previous systems, and also the limitation of the operating pressure is determined by the existing compression technology. The present study showed that the ratio of air volume to high-pressure tank volume has the greatest effect on system efficiency and is a determining parameter. The amount of energy saved in the current research system is significant compared to previous research and a roundtrip efficiency of 90% can be obtained. The energy analysis of the present paper determined the parameter's interaction and their limitations in order to pave the way for design and feasibility.