Authors

Abstract

The paper presents a theoretical analysis from an energetic and exergetic point of view for a liquid air energy storage system (LAES). This paper identifies upper bounds on the energy and exergetic efficiency for this system. The system uses the simple Linde-Hampson liquefaction cycle for the liquefaction subsystem and the direct expansion method without heating above ambient temperature, for the power generation subsystem. It is known that as the temperature decreases, the destruction of mechanical work input increases due to the irreversibility of working processes. As a result, any irreversible process is very important to observe in cryogenic processes. The purpose of this paper is to develop an exergetic analysis which is then used in a procedure to optimize the Linde installation within the liquid air energy storage system when some functional parameters are changed. The analysis aims to find the functional parameters for which the exergetic efficiency of the installation is maximum. For each subsystem of the simple Linde installation an exergetic product and a fuel were defined and, based on their definition, the coefficient of performance of each functional area was calculated as well as the exergy destructions. Finally, the analysis of system components is presented in order to identify the components that have the greatest impact on energy and exergetic efficiency in an ideal environment. The analytical approach presented in this paper can be applied to other LAES configurations to identify the optimal operating points in terms of energy and exergetic efficiency.

Abstract in Romanian

Lucrarea prezintă o analiza teoretică din punct de vedere energetic și exergetic pentru un sistem de stocare a energiei din aer lichid (LAES). Această lucrare identifică limitele superioare ale eficienței energetice și exergetice pentru acest sistem. Sistemul utilizează ciclul de lichefiere Linde-Hampson simplu pentru subsistemul de lichefiere și metoda de destindere directă fără încălzire peste temperatura ambiantă, pentru subsistemul de producție de energie. Se știe că pe măsură ce temperatura scade, distrugerea aportului de lucru mecanic crește din cauza ireversibilității proceselor de lucru. Ca urmare, orice proces ireversibil este foarte important de observat în procesele criogenice. Scopul acestei lucrări este de a dezvolta o analiză exergetică care este apoi utilizată într-o procedură de optimizare a instalației Linde în cadrul sistemului de stocare a energiei de aer lichid atunci când sunt modificați unii parametri funcționali. Analiza urmărește găsirea parametrilor funcționali pentru care eficiența exergetică a instalației este maximă. Pentru fiecare subsistem al instalației simple Linde s-a definit un produs exergetic și un combustibil și, pe baza definiției acestora, s-a calculat coeficientul de performanță al fiecărei zone funcționale precum și distrugerile exergetice. În cele din urma, analiza componentelor sistemului este prezentată cu scopul de a identifica componentele care au cel mai mare impact asupra eficienței energetice și exergetice într-un mediu ideal. Abordarea analitică prezentată în această lucrare poate fi aplicată altor configurații LAES pentru a identifica punctele optime de funcționare din punct de vedere al eficienței energetice și exergetice.