オフグリッドおよび農村電化用途向け小型圧縮空気エネルギー貯蔵システムの設計、実験調査、熱力学的性能解析

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides experimental data and thermodynamic models for small-scale CAES, useful for validating simulations and exploring design improvements.

🏢実務担当者:Offers insights into the feasibility and performance of small-scale CAES for off-grid renewable projects, potentially informing technology selection.

🏛政策担当者:Highlights the potential of CAES as a storage option for rural electrification, which could inform energy access policies in developing regions.

エネルギー貯蔵は、断続的な太陽光および風力からの信頼性の高い再生可能エネルギー供給を実現するための重要な基盤技術であり、特に系統バックアップが利用できないオフグリッドおよび農村部の用途において重要である。圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）は、小規模オフグリッドシステム向けの電気化学バッテリー貯蔵に代わる魅力的な選択肢を提供し、長いサイクル寿命（劣化なしで10,000サイクル超）、無毒で広く入手可能な作動流体（空気）の使用、低い自己放電、および圧縮プロセスからの廃熱回収の可能性といった利点を有する。本論文は、二段往復圧縮機（750 W、最大8 bar）、200リットル軟鋼貯蔵容器（定格15 bar）、および圧力変換器、RTD温度センサー、渦流量計、トルク・速度センサーを備えた完全なシステムエネルギー収支計算用のベーン型空気圧膨張モーター（定格1.2 kW）から構成される小規模CAES試験設備の設計、製作、および包括的な実験的特性評価を提示する。実験は5つの貯蔵圧力レベル（4〜12 bar）と2つの膨張機速度（500および800 rpm）で実施され、充電エネルギー、放電エネルギー、往復効率、およびエクセルギー効率を特性評価した。等温、断熱、および実際の（ポリトロープ）圧縮・膨張プロセスを組み込んだ完全な熱力学モデルを開発し、実験測定値と比較した。最大往復効率50.0%は10 barの貯蔵圧力で達成され、圧縮機効率（76.7〜79.8%）、膨張機効率（64.2〜76.2%）、および貯蔵・放電中の熱損失を考慮した理論予測と一致する。回収した圧縮機後冷却器熱を用いた段間空気予熱戦略により、10 barでの往復効率が4.2パーセントポイント向上する。実験データセットと効率解析は、インドの農村部オフグリッド電化用途における太陽光発電と組み合わせたCAESシステムの設計のための検証済みの技術的基盤を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Energy storage is the critical enabling technology for reliable renewable energy supply from intermittent solar and wind sources, particularly for off-grid and rural applications where grid backup is unavailable. Compressed Air Energy Storage (CAES) offers an attractive alternative to electrochemical battery storage for small-scale off-grid systems, with advantages including long cycle life (>10,000 cycles with no degradation), use of non-toxic and widely available working fluid (air), low self-discharge, and potential for waste heat recovery from the compression process. This paper presents the design, fabrication, and comprehensive experimental Characterisation of a small-scale CAES test facility comprising a two-stage reciprocating compressor (750 W, 8 bar maximum), a 200-litre mild steel storage vessel (15 bar rated), and a vane-type pneumatic expander motor (1.2 kW rated) instrumented with pressure transducers, RTD temperature sensors, a vortex flow meter, and a torque-speed sensor for full system energy accounting. Experiments were conducted at five storage pressure levels (4 to 12 bar) and two expander speeds (500 and 800 rpm), characterising charging energy, discharge energy, round-trip efficiency, and exergy efficiency. The complete thermodynamic model incorporating isothermal, adiabatic, and actual (polytropic) compression and expansion processes is developed and compared with experimental measurements. Maximum round-trip efficiency of 50.0% is achieved at 10 bar storage pressure, consistent with theoretical predictions accounting for compressor inefficiency (76.7–79.8%), expander inefficiency (64.2–76.2%), and heat losses during storage and discharge. An inter-stage air preheating strategy using recovered compressor aftercooler heat improves round-trip efficiency by 4.2 percentage points at 10 bar. The experimental dataset and efficiency analysis provide a validated technical foundation for the design of CAES systems coupled with solar photovoltaic generation for rural off-grid electrification applications in India

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