构简单的特点，适合与LAES系统集成，以提高释能阶段的峰值功率输出和整体系统灵活性。相较于其他循环，Brayton循环可以实现更高的功率输出和更优的往返效率，但同时也需要更高的燃料消耗。通过Claude循环、Rankine循环和Brayton循环的有机结合，LAES系统能够实现液化、储能与释能的高效协同，为构建低碳灵活电力系统提供了可靠支撑。图9 Brayton循环回收系统示意图除了上述三种基本回收形式之外，还存在有混合回收的形式，但基本是上述三种回收方式的不同组合。同时，为了减小系统的不可逆损失，最大化地提升系统的发电能力，还可以采用复叠式或并联循环的回收系统。2 液态空气储能系统研究进展LAES系统按照基本运行逻辑和与外部能源相互作用的形式，可以分为独立式系统，耦合式系统和多联产式系统，下面将对这三类系统分别进行介绍。2.1独立式LAES系统本文探讨的LAES系统，特指无需依赖外部能源或热源供能，而仅通过外部电力驱动即可独立运行的系统。这类系统不借助其他形式的能源支持，完全依靠电力的输入来完成空气的液化、能量存储和释放过程，典型的独立式LAES系统结构和运行流程如图10所示。系统主要由四个循环组成，分别为空气液化循环、热能回收循环、冷能回收循环和膨胀做功循环。其中，空气液化循环负责将空气冷却并液化至低温状态；热能回收循环和冷能回收循环分别回收系统中高温和低温阶段的废热和冷能，以提升整体效率；膨胀做功循环则利用液态空气汽化后的膨胀动力进行发电，实现电能的输出。图10 典型的独立式LAES系统布置图往返效率是LAES系统最重要的性能指标，而这一指标的变化又直接受到冷能和热能回收效率的影响，因此许多学者对于独立式LAES系统的冷/热回收性能开展了详细研究。Chen等建立了一个适用于LAES系统液相介质储冷的非稳态计算模型，研究了关键参数对减弱系统非稳态效应的影响，提出了两种减弱非稳态效应的方法，得到了静态过程系统运行的最优参数。Hüttermann等对于低温储能材料对LAES系统往返效率的影响进行了研究，并对比了9种不同的储能材料。该研究重点探究了储能材料热容量温度依赖性对系统性能的影响，并总结了关键参数的一般性公式。Guo等针对目前LAES系统冷能存储研究多停留在理论上的不足，搭建了实验测试平台并对不同工况下的填充床动态储冷特性开展了研究，其研究结果表明当填充床内部发生温跃层时，系统的效率会出现下降，这一趋势在经过多次循环之后会达到稳态。与基准工况相比系统效率和㶲效率分别下降了2.5%和8.0%。Fan等为了提升冷/热存储过程中的传热效果，提出了一种基于流化床传热的LAES系统，其示意图如图11所示。该系统选用石英砂作为冷/热能存储介质，热力学模型的结果表明该系统的往返效率相较于传统固相(填料床)和液相(甲醇和丙烷)作为冷能存储的LAES系统有了明显提高。图11 流化床-LAES系统布置图进一步，Fan等还提出了一种基于重力驱动的固相颗粒流和气固直接接触传热的储热方法用来强化LAES系统的热回收过程。研究结果显示，采用该新型固相储热技术可以使系统往返效率达到58.76%，并且经济性评估结果也显示该系统的投资回收期相比传统LAES系统缩短了一半，展现了良好的热力学和经济性能。目前LAES系统冷能回收多采用显热回收的方式，相较于显热回收，潜热回收具有更高的储能容量，部分学者围绕这一回收形式开展了探索性研究工作。Bashiri等从热力学角度对使用相变材料(phase change material，PCM)作为储冷媒介的LAES系统进行了动态分析，结果发现系统的性能随着循环次数的增加而提高，在经历22个循环之后系统效率变化稳定在42.5%。Tafone和Romagnoli建立了数值模型来对比级联PCM储冷系统和单一PCM储冷系统之间的性能差异，其研究发现多个PCM的级联布置有效增强了热缓冲效应，使得其液化效能相对于单个PCM系统提升了6%。图12描述了该系统如何实现高效的冷能回收。图12 聚焦于冷能存储的LAES系统示意图Wang等为了确定适合的冷能回收流体，对比了不同的冷能回收工质(空气、丙烷和甲醇/丙烷)在换热器和填充床中的传热特性。模拟结果显示使用加压空气具有更高的传热系数，并且其在冷箱中的㶲效率可以达到78.2%。Sciacovelli等建立了一个动态模型来评估不同组件和系统性能之间的相互作用关系，研究表明使用填充床来储存冷/热能可以将LAES系统的性能提升约50%，但同时在系统持续的充能/释能动态循环中，填充床同样会增加系统液化空气的耗能。除了系统冷/热能的回收之外，研究人员还从装置运行优化，操作参数寻优、热力学循环改进和经济性能分析等角度对独立式LAES系统开展了研究。He等首先研究了LAES系统关键部件并在此基础上建立了系统热力学模型，通过热力学第二定律分析了系统的不可逆损失。研究结果表明，采用四级压缩/膨胀布置的系统具有最优的热力学表现，同时提高LAES系统主要部件的绝热效率可以提高系统的整体储能效率。赵明等通过Aspen Plus软件对LAES系统空气节流液化过程中的热力学特性进行了分析，研究结果表明在较高的节流前压力和节流压降可以提升空气液化率，同时外来热源的补充对于提升系统效率也十分有益。Tafone等建立了适用于LAES系统的通用性能图，并与相应的中试工厂实验结果进行了验证。通过该性能图分析了系统运行主要操作参数和储能利用率对系统关键指标的影响。Liu等针对独立式LAES系统往返效率较低的问题，通过粒子群优化算法对系统的压缩级数和膨胀级数设置进行了研究，优化结果显示2级压缩机和3级膨胀机的配置可以获得高达66.7%的往返效率。Vecchi等开发了一个技术-经济性模型用来评估LAES工厂的经济性能，研究结果显示合适的调节策略对于LAES工厂的运行至关重要，不但可以缓解系统非设计性能的变化还可以将往返效率提高4%。如图13所示，Liang等以往返效率和经济指标为优化目标，探究了LAES系统在不同传热面积、储能介质质量流速和充放循环压力的影响下系统的经济性能变化情况。其研究结果表明，LAES系统往返效率每提升1%就需要付出0.5%~1%的投资成本，该模型为LAES系统的设计和投资提供了指导性意见。图13 LAES系统图Vecchi等开发了一套线性规划优化工具来分析LAES系统最优调度如何受到其热力学性能的影响，研究结果认为在考虑市场盈利的模式下，2~3小时的储能容量并不能显著提高LAES系统的盈利能力。2.2耦合式LAES系统由于LAES系统在运行过程中空气的气化和液化需要大量的冷能/热能，而独立式LAES系统只能利用自身循环产生的冷/热能，难以充分回收利用并且效率较低，而外部冷/热源的引入则可以很好地解决这一问题。因此，许多学者对于这一耦合式系统开展了一系列研究。Wang等设计了一套LEAS系统和空气分离装置(air separation unit，ASU)耦合的系统，以应对空分装置高昂的运行成本，提高系统经济性，其基本概念如图14所示。其研究结果显示，与传统的LAES系统相比，耦合了空分装置的系统使得储冷单元的投资成本下降了62.05%并且显著缩短了系统的投资回收期，证明该耦合系统具备较强的经济可行性和应用潜力。图14 LAES-ASU系统图Ding等提出了一种LAES系统与太阳能集热和吸收式制冷循环耦合的新型系统，并探究了系统在不同阶段受到扰动时的瞬态特性。研究表明，该耦合系统的综合能源效率可以达到65.84%，而当余热用于供热时，效率可进一步提升至75.32%。Zhou等则提出了一种太阳能辅助的LAES系统并对该系统开展了深入的动态特性研究，主要针对系统冷能损失进行了多循环分析，其系统流程如图15所示。研究结果表明，在额定装载模式下，系统运行时间随储冷液