科学家们开发了一种环境友好、成本效益高的方法来储存能源，并在炎热的气候下为建筑物降温

　　

　　

　　一组科学家发现了一种新的应用，可以产生和储存冷冻水，以减少空调对环境的影响，减少能源消耗，降低对化石燃料的依赖。

　　这项新的科学突破一旦工业化，对于参加在阿拉伯联合酋长国召开的联合国最大的年度气候会议的7万多名代表来说肯定是个好消息。许多世界领导人都出席了这次会议。

　　科学家们说，在对压缩空气储能技术进行了广泛的研究和开发之后，他们找到了这种新颖的方法，尤其是他们设计的一个中型实验室系统的成功，该系统旨在提高他们研究的实际意义。

　　这项发表在《国际热流体杂志》上的研究已经引起了阿联酋主要石油企业沙迦国家石油公司(SNOC)的注意。由于实验室实验的成功，科学家们对他们的研究的实际意义表示乐观。

　　

　　作者写道，这项研究的重点是“使用膨胀冷却的潜力，膨胀冷却是与气体膨胀过程中产生的冷却效应结合起来定义的。”对这种冷却技术的兴趣源于利用大型压缩空气储能(CAES)系统的双重好处，该系统还可以通过空气膨胀提供冷却。

　　CAES主要用作储存能量的方法。然而，作者写道，“在某些情况下，CAES可能与冷却系统存在间接关系，特别是在大型工业环境或联合发电厂中。在典型的CAES系统中，发电产生的多余能量被用来压缩空气，并将其储存在地下洞穴或高压容器中。”

　　CAES因此体现在减少冷却应用所需的电力需求。根据这项研究，这样的概念对炎热的气候是有益的，在炎热的气候中，大部分的电力需求都是为了抵消冷负荷而保留的。科学家们发现CAES对环境友好，具有更好的冷却效果和更低的成本。

　　他们提醒读者世界对能源的渴求，这种渴求主要是通过燃烧化石燃料来满足的，而化石燃料占世界温室气体排放的大部分。

　　“化石燃料的使用导致了巨大的环境问题，比如空气污染和气候变化。燃烧煤、石油和天然气等化石燃料将二氧化碳(CO2)释放到大气中，而二氧化碳被认为是导致气候变化的主要温室气体之一。

　　阿联酋是世界十大石油生产国之一，每天生产370多万桶石油。事实上，石油储量丰富的中东海湾地区每天的石油产量超过1亿桶，占世界石油总产量的30%以上。

　　但该地区是世界上最热的地区之一，在漫长的夏季，气温通常会超过50摄氏度的基准。吸血鬼式的空调设备全年24小时开着，加剧了全球变暖，科学家们认为这是目前破纪录的天气系统的罪魁祸首。

　　海湾地区几乎所有类型的建筑，其中包括一些世界上最著名的高层建筑，大多是由钢筋混凝土和钢铁建造的，带有大窗格的玻璃，无法抵挡外面的闷热。

　　“我们的研究探索了一种在炎热气候下冷却建筑物的新方法，作为压缩空气储能系统的辅助过程，”该研究的首席研究员，沙迦大学可持续和可再生能源工程系主席Abdul Hai Alami教授说。

　　这种系统传统上用于储存来自风能和太阳能等可再生能源的能量。然而，根据Al-Alami教授的说法，这项研究发现了一个额外的应用:为空调生产冷冻水。

　　科学家们的主要目标是在阿联酋应用他们的方法，在阿联酋，空调消耗了总能源需求的60-70%，就人均能源消耗而言，这是世界上最高的。然而，这组作者说，他们的方法不应该局限于一个国家，因为它的影响可以适用于任何地方炎热气候下的冷却建筑。

　　阿联酋正在与时间赛跑，以实现到2030年将总能耗降低30%的既定目标，而统计数据显示，能源需求平均每年增长7.5%。“在这种情况下，”Alami教授指出，“我们提出的装置可以作为热压缩空气储能系统，在进入涡轮机械之前，必须向膨胀的空气中添加热量。

　　“在压缩空气储能系统的膨胀阶段增加的热量产生的冷冻水温度低至5°C。我们已经为辅助系统建立了一个实验装置，配有适当的遥测设备来测量温度的时间变化，从而可以用来估计可用的冷却能力。”

　　开发的空调系统在经济上和商业上都是可持续的，很有可能取代现有的系统。Alami教授说:“我们发现，一吨的传统冷却可以用一个500升(0.5立方米)的空气罐在20巴的条件下运行一小时来取代。因此，这项研究表明，压缩空气储能系统有可能彻底改变我们在炎热气候下冷却建筑物的方式。”

　　研究表明，该系统依赖于利用可再生能源在较低温度下生产冷冻水，从而减少了目前对传统空调系统的依赖，传统空调系统消耗大量传统能源，并导致气候变化。

　　当被问及该研究的意义及其实际意义时，Alami教授说，该项目的大规模应用是可行的，他相信到目前为止，该研究引起的兴趣将对阿联酋、更大的中东地区甚至更远的地区的能源消耗产生实际和有用的影响。

　　“我们的项目通过压缩空气提供了能量储存的双重效果，同时在膨胀过程中产生冷却效果。同样值得注意的是，在储存空气的压缩阶段，通过适当的热管理，压缩机产生的余热既可以用于基于加热的应用(水，冬季的空气)，也可以在膨胀过程中重新供应给空气以提高效率。

　　“此外，在大规模应用的背景下，在膨胀过程中利用空气的冷却效果符合拟议的政府政策，例如阿联酋的政策，在那里，不使用传统制冷剂被认为是当地和国际的短期目标。”

　　作者在他们的研究中记录了Alami教授所描述的中型实验室系统的“显著成功”，他们认为这将有助于向使用废弃油井的大规模压缩空气储能过渡。

　　Alami教授补充说:“获得设计参数和子组件方面的专业知识，以及用于冷却或加热的耦合辅助系统，将提升向大型系统的过渡，并扩大其整体效益。”

　　该项目的主要目标，正如作者在他们的研究中概述的那样，是开发一个功能齐全的压缩空气储能系统，利用压缩空气罐、空气马达、齿轮箱和发电机。他们研究了不同参数的影响，如压缩压力，压缩空气罐配置，以及机械因素，如齿轮箱比和空气马达额定值。

　　在我们的研究中，在CASE实验装置的支持下，我们利用了“通过膨胀过程提供的冷却效果所表现出的浪费潜力，以及证明其对储能系统整体性能的好处，这是主要目标之一。”

　　作者提到了各种实际应用，可以伴随压缩空气储能系统的发展，就像他们开发的那样。

　　Alami教授说:“将这些系统与现有的太阳能光伏或风能系统大规模耦合将有助于减弱能源生产的波动，并提供与基于电化学的能源存储系统相反的具有长寿命的可扩展解决方案。

　　“此外，在炎热和干旱的气候条件下，利用膨胀过程中产生的冷却效果，通过产生可以在现有冷却系统中循环的冷冻水，将有助于减少冷却要求所带来的总体电力负荷。同样，在压缩空气进入储罐(介质)的过程中也会产生加热效应，这些储罐(介质)可以在冬季使用。”

　　阿拉米教授认为，该项目可以彻底改变空调系统。“将储能与空调结合在一起解决了不止一个问题;首先，它为能源组合引入了强大的储能解决方案，其次，它利用空调空气的热管理，最后，这将自动减少电力负荷，因为空调是阿联酋最大的能源消耗部门之一。”

　　更多信息:Abdul Hai Alami等人，膨胀冷却大规模应用前景，International Journal of Thermofluids(2023)。引文:科学家开发了一种环保且具有成本效益的方法，用于在炎热气候下储存能源和冷却建筑物(2023,12月12日)。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。