AA-CAES+CSP系统性能及关键参数分析

为深入分析耦合太阳能辅热的先进绝热压缩空气储能(AA-CAES+CSP)系统的运行特性,在先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统基础上建立相关模型,对比分析这2个系统性能,并探究关键参数对AA-CAES+CSP系统性能影响。结果表明:相比于AA-CAES系统,AA-CAES+CSP系统循环效率提高7.90%,储能密度提高4.46%;当压缩机级数N1=膨胀机级数N2=级数N时,循环效率和储能密度最高,N1与N2相差越小,系统性能越优;随着储气室对流换热系数hc的增大,循环效率先大幅度降低,后缓慢增大,储能密度则持续增大,且在hc较小时,N越大,循环效率越低,而当hc较大时则相反,储能密度则随N的增大而持续增大,但N越大,同一hc对系统性能的影响越小;循环效率随储气室最大压比的增大而减小,储能密度则相反,且在最大压比较小时,N越大,循环效率越小,储能密度越大,但当N较大时,N越大,循环效率和储能密度均越大。     

不同储气室和工质下AA-CAES+CSP系统运行特性研究

为了研究储气室和工质种类对带太阳能辅热的先进绝热压缩空气储能(AA-CAES+CSP)系统热力学性能的影响,基于空气和二氧化碳2种工质,以及恒温和恒壁温2种储气室,提出了4种运行模式,并利用Matlab软件进行数值模拟,比较不同模式下的系统性能差异,并研究了系统性能随关键设备参数和环境参数变化的规律。结果表明:当系统采用恒温储气室和二氧化碳时的循环效率和储能密度最高;循环效率和储能密度随着集热温度的升高而升高,但是集热温度过低的换热介质会冷却空气,降低空气做功能力,此时应切断辅热子系统;环境温度的升高会使循环效率和储能密度均下降;随着换热器效能的升高,4种模式下系统的循环效率均先升高后降低,但储能密度的变化规律不相同。     

AA-CAES系统释能过程运行特性分析

为了研究释能过程中膨胀机运行特性对先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统性能的影响,提出3种膨胀机运行方式:定压运行、定滑运行和滑压运行,并建立AA-CAES系统热力学模型。使用数值计算的方法,对比3种方式的系统性能差异,并分析关键参数对采用不同方式的系统性能的影响。计算结果表明:基本运行参数相同时,膨胀机采用滑压运行时储能效率和储能密度最大;适当调整储气压比差值,可改善3种方式的系统性能;存在最佳换热器效能使得3种运行方式的储能效率最大;膨胀机效率下降系数对定滑方式的影响最大;3种方式的稳定间隔时间较接近,对流换热系数增加到一定值时,不存在稳定间隔时间。     

AA-CAES中蓄热系统模型改进与分析

为了更精确地研究蓄热系统对AA-CAES的影响,对传统蓄热系统热力学模型进行改进,并以3种蓄热介质为例,分析蓄热介质对换热器效能的影响。考虑蓄热介质热物性的限制,研究不同蓄热介质构成的储能系统在储能效率、储能密度等方面的特点。结果表明:换热器效能在储能和释能阶段存在差异,改进蓄热系统模型后储能效率降低1.04%;当换热器结构和空气流量均相同时,以水为蓄热介质的换热器效能最高;蓄热介质的热物性会影响储气室最高压力,导致系统在储能效率、储热效率、储能密度、蓄热系统运行压力等方面存在差异。     

压缩空气储能系统释能过程动态调控

压缩空气储能被认为是最具有发展前景的大规模储能技术,而压缩空气储能系统运行过程面对的是储气室压力变化以及输入/输出功率变化的复杂工况.针对压缩空气储能系统变工况运行需求和节流阀减压调节膨胀机入口压力存在控制精度低、压力损失大等问题,本研究提出采用阀门组合与减压容器相结合的压力控制单元来调控膨胀机入口压力、满足输出功率需求,并建立了集成压力控制单元的10 MW蓄热式压缩空气储能系统热力学模型.在此基础上,研究了储释能过程压力、温度、质量流量、功率等关键参数随时间的变化规律,揭示了阀门组合与减压容器相结合的压力控制单元调控膨胀机入口压力的机理与效果.压力控制单元与节流减压方式相比,释能过程的总?损失减小1.56×108 J,储能效率提高0.24％,储能密度提高0.04 MJ/m3.结果表明,本研究所提出的压力控制单元可以平滑地调控膨胀机入口压力,对保障压缩空气储能系统稳定高效运行,提高系统综合性能具有重要的作用.     

AA-CAES系统释能过程安全减出力控制仿真分析

针对先进压缩空气储能（advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES）系统释能发电阶段储热或储气能量不足时，膨胀发电机组将被迫突发停机，负荷突降会对电网稳定性造成冲击的问题，提出AA-CAES系统释能发电阶段安全减出力控制的控制策略，同时基于10 MW AA-CAES系统建立安全减出力控制仿真回路，探讨降负荷速率、蓄热罐水位限定值等关键参数对AA-CAES系统发电过程的影响。仿真结果表明，投入安全减出力控制回路能够有效延长AA-CAES系统释能发电时间，为电网提供应急安全时间，能有效缓解突减负荷对电网的冲击，具有广阔的推广应用空间。     

两种AA-CAES+CSP系统的热经济性研究

为解决传统耦合太阳能辅热的先进绝热压缩空气储能（AA-CAES+CSP）系统热能损失大的问题,提出其释能过程的改进方案。从热力学和经济学角度对改进前后的系统性能进行比较分析。结果表明,改进系统的热、冷能性能系数及年利润率显著提高。同时,进行参数敏感性分析,结果表明：集热温度升高,改进系统的冷能性能系数下降,两系统其他指标上升;储气室压差越大,系统年利润率越高,而其他指标越低;压缩/膨胀功率增大,年利润率减小,而其他指标增大。此外,以循环效率和年利润率为目标函数,采用灰狼算法对系统进行多目标优化,设置较高集热温度、压缩/膨胀功率和较低储气室压比时,更易获得最佳系统性能。     

一种新型压缩空气储能系统的理论分析

根据中国西部干旱、缺水、高风沙和限制使用天然气的地区特点,提出了一种压缩空气储能的技术方案,并对其储能过程和发电过程进行了热力学分析,重点分析了压缩过程指数、最高储气压力和透平进气温度对系统能量转换效率的影响规律。研究结果表明:(1)系统电耗随多变指数的升高基本保持不变,能量效率都随多变指数的升高而增加,而热耗随多变指数的升高而大幅减小。(2)系统电耗和热耗都随压缩空气储能系统高压储气室内压力的变大而增加,而系统的能量效率随压缩空气储能系统高压储气室内压力变大而减小。(3)系统电耗和热耗都随高压气体透平进气温度的升高而下降,而系统的能量效率随高压气体透平进气温度的升高而升高。该研究对在中国开展和大规模推广应用压缩空气储能技术具有一定的参考价值。     

一种双工质气体压缩储能系统及其可行性分析

[目的]压缩空气储能系统储气库容大、储气压力高,往往需要采用地下盐穴储气库,项目开发受制于盐穴资源的稀缺性。压缩二氧化碳储能系统采用常压柔性气膜储气仓储存二氧化碳气体,气膜仓体积巨大,占地面积过大,难以满足建设用地指标有要求的工业园区。为了实现气体压缩储能在工业园区的广泛应用,提出了一种双工质气体压缩储能系统。[方法]系统整合压缩空气储能与压缩二氧化碳储能两个系统,并共用储气库。储气库采用特殊设计的承压容器,由柔性隔膜分隔成等压且可缩放的空气腔和二氧化碳气腔。系统通过压缩空气回路和压缩二氧化碳回路的协同工作实现储能和释能,并保持储气库维持恒压运行。为了评估系统的储能效果及能量密度,对基于3 MPa储气压力地面储气库方式的100 MW/400 MWh储能系统进行初步的热力学计算,并对工程可行性进行分析。[结果]结果表明：系统的储能效率为70.20%;能量密度为3.85 kWh/m³。系统适合工业园区配套储能,并可发挥其电、气、冷、热多联供的功能,相比电化学储能,具有显著的商业竞争力优势。[结论]针对工业园区储能场景,双工质气体压缩储能选址灵活、技术可行、设备成熟、成...     

基于太阳能辅热的AA-CAES热力性能分析

为提高压缩空气储能系统性能,提出基于太阳能辅热的先进绝热压缩空气储能系统概念,分析系统各项主要设备的热力性能,然后对各设备进行热力学建模。对比分析耦合系统与传统AA-CAES系统的优缺点;研究耦合系统中太阳能辅热设备的布置方式对系统性能的影响。结果表明:相比于传统AA-CAES系统,AA-CAES+CSP系统的储能效率达到69.6%,提升了9%,耦合储能效率也提升了近2%;太阳能辅热系统与蓄热系统布置先后方式会影响系统的性能,初次运行时太阳能辅热系统在后布置方式系统效率较高,而系统稳定运行后,太阳能辅热系统在前布置方式的储能效率和耦合储能效率均较高。     

不同输出方式下2种AA-CAES系统性能的对比研究

为获得先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）系统较高的效率与较好的经济性,设计2种输出策略。建立AA-CAES模型与和太阳能相结合的复合储能系统模型,通过数值模拟,比较2个系统在不同输出方式下的热力学特性与经济性能,并研究了基本参数的敏感性问题。结果表明：原系统在采用方案1时循环效率最高,复合系统在采用方案2时年利润率最大。储能功率的提高对2个系统的循环效率与年利润率有积极影响,而释能功率的提高对其有消极影响。当储释能时间间隔延长时,不同方案下2个系统的循环效率与年利润率均降低。     

太阳能蓄热式压缩空气储能系统特性分析

为解决传统压缩空气储能系统(CAES)依赖化石燃料以及其他新型CAES透平初温受到限制的问题,提出太阳能蓄热式压缩空气储能(SHS-CAES)系统。对槽式太阳能导热油蓄热式CAES和塔式太阳能熔融盐蓄热式CAES进行热力性能分析,储电折合转化系数分别为78.65%和109.71%,太阳能折算发电效率分别为19.54%和34.43%,说明该系统可有效提高系统储电效率和太阳能利用效率;同时全面揭示系统热力特性随透平初温、储能压力和释能压力的变化规律。     

AA-CAES系统储能过程运行策略分析

提出滑压运行、定压运行和定-滑运行3种储能过程运行策略,采用热力学方法建立系统模型并对比分析3种运行方式的特点。计算结果表明,在给定的设计参数下,滑压运行方式储能效率最高,定压运行方式储能密度最大;调整储气室压力变化范围可提高储能效率,在给定的储气室压力范围内,对于滑压、定压、定-滑运行3种方式储能效率可分别提升21.34%、21.93%、22.17%;压气机效率下降系数对3种运行方式的储能效率有不同影响,随着效率下降系数的提高,滑压和定-滑运行方式的储能效率下降,且定-滑运行方式效率下降更快,而定压运行方式储能效率维持不变,因此,在实际运行中需根据压气机特性确定合适的运行方式。     

基于正交设计的压缩空气储能系统效率分析

根据压缩空气储能系统的结构特性,采用正交设计和数值模拟方法对压缩空气储能系统的压缩机绝热效率、级间冷却温度、储气室最低工作压力、回热度、膨胀透平绝热效率和燃烧室效率等6个参数进行实验设计和数值模拟,并对模拟结果进行效率分析.通过对实验结果的方差进行分析,得到设计参数对系统效率的影响程度.结果表明:在压缩空气储能系统中,压缩机绝热效率、级间冷却温度、回热度、压缩机绝热效率与级间冷却温度的交互作用、级间冷却温度与回热度的交互作用以及压缩机绝热效率与膨胀透平绝热效率之间的交互作用为影响压缩空气储能系统总过程效率的显著因素;在现有技术水平下,降低压缩机级间冷却温度和提高回热度是提高压缩空气储能系统效率的最佳选择.     

AA-CAES+CSP系统运行策略研究

为深入研究带太阳能辅热的先进绝热压缩空气储能(AA-CAES+CSP)系统热力学性能,建立系统关键部件热力学模型,利用Matlab模拟计算,分析辅热子系统加入方式及外界因素对系统性能影响。结果表明:首次启动,以空气先流经储能蓄热子系统再流经辅热蓄热子系统运行效果更佳,而长久稳定运行,则以空气先流经辅热蓄热子系统再流经储能蓄热子系统运行效果更佳;稳定工况下,集热温度越高,循环效率和储能密度越大,但过高的集热温度会使循环蓄热介质温度过高,当超过其临界温度时,会由液态变为气态,导致换热效果变差,影响换热器性能;在研究参数范围内,环境温度越低,循环效率越高;任一系统均有一个使循环结束后,储气室无需借助外部作用,其压比和温度就自行恢复至初始值的循环稳定间隔时间。     

基于压缩空气储能的分布式能源系统热力学特性分析

为优化现有分布式能源系统集成方式,提高系统效率,提出了一种基于压缩空气储能的分布式能源系统,系统中压缩空气储能系统的压缩热以及膨胀透平的排烟余热可以通过热水换热器和吸收式制冷机为用户提供热能和冷能,同时,通过储气室和蓄热器可以调节系统的能量输出特性,进而满足用户负荷需求的变化。热力学分析结果表明:系统的一次能源效率为85.32%,效率为35.51%;从能量角度出发,系统对外输出的热量最多占总输出能量的42.64%,从能质角度出发,电能占系统输出总量的比例最高为64.27%。基于压缩空气储能的分布式能源系统具有较高的能源利用效率和较好的能量输出特性,为分布式能源系统的开发提供了新的思路。     

耦合太阳能辅热的AA-CAES系统参数分析

为提高传统先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统性能,在原系统上耦合了太阳能辅热子系统,并对耦合太阳能辅热的AA-CAES系统性能进行了研究。结果表明:在相同压缩机级数下,冷罐和热罐温度均随膨胀机级数的增加缓慢升高;在相同膨胀机级数下,冷罐和热罐温度随压缩机级数的增加逐渐降低;当压缩机与膨胀机级数相等时,系统储能效率、储能密度和耦合储能效率均比二者级数不等时更高;随着换热器效能的提高,系统冷罐和热罐温度升高、膨胀功和压缩功增大,而系统储能效率和耦合储能效率先提高后降低。     

压缩空气储能系统的理论分析及性能研究

压缩空气储能技术和抽水蓄能技术是两种最具潜力的电能规模化储存技术。构建了四套压缩空气储能方案,结合热力学第一定律对高压储罐内压缩空气的温度与压力参数的变化规律以及不同储能方案性能进行了比较。研究结果表明,高压储罐在与环境换热较差时,高压储罐的充气过程会经历较为明显的温升现象。200 m3储罐以1.0 kg/s流速充气至10 MPa时,温升幅度为22.46 ℃,储气过程的温升现象降低了储罐的空气容纳能力。在压缩空气储能系统性能方面,四套储能系统的热耗位于4 100 kJ/kW·h至4 200 kJ/kW·h之间,系统效率位于52.30%与56.33%之间。在储能系统效率与对外输出电能总量指标上,高压储罐与环境之间换热性能较好的储能系统均要优于换热条件较差的储能系统。     

共享设备的恒压喷水压缩空气储能系统性能

提出一种新型恒压喷水压缩空气储能系统,利用废弃煤矿等地下洞穴,在水下布置尼龙布管储存压缩空气,形成以地下洞穴为下库,地面水池为上库的水力辅助恒压压缩空气储气体系;膨胀与压缩过程采用单级多缸随转式膨胀压缩两用机实现,导热油蓄能和放能过程采用共享设备原路返回方案。通过建立系统的热力学模型,分析了在空气入口处喷水控制压缩空气出口温度,以及由地下洞穴深度确定的压缩段出口空气压力,环境温度等因素对系统性能的影响。分析表明：在压缩机出口压力及温度为10 MPa和320℃、环境温度25℃、换热端差10℃和膨胀压缩两用机等熵效率0.85的工况条件下,储能系统转换效率达到66.6%。     

压缩空气储能系统储气装置研究现状与发展趋势

压缩空气储能被认为是最具发展潜力的大规模物理储能技术,储气装置作为压缩空气储能系统的关键环节,对系统高效、稳定和安全运行具有重要影响.近些年来,随着压缩空气储能技术的快速发展,储气装置的研究备受人们关注.储气装置的特点主要取决于其材料属性,因此本文根据材料不同对储气装置进行分类,并着重论述了天然地下洞穴储气、人造洞室储气、金属材料储气以及复合材料储气的应用.对比分析表明,天然地下洞穴储气规模大、成本低,但是依赖于特殊地质和地理条件,因此应积极探索具有灵活布置特性的新型储气方案.进一步地,本文阐述了不同类型储气装置当前所面临的挑战,分别探讨了储气装置精准热力学模型建立、地下洞穴储气稳定性评价以及复合材料储气结构特性研究中亟需解决的重点和难点,并对未来储气装置的发展趋势以及研究热点进行了展望和总结.旨在为压缩空气储能系统储气装置的选型和理论研究提供指导,为改善压缩空气储能系统和储气装置性能提供借鉴.