先进绝热压缩空气储能变工况运行特性建模及风储协同分析

为准确分析压缩机、透平膨胀机、换热器等组件的部分负载特性对先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统变工况运行性能的影响,详细分析了各组件的部分负载热力学特性及AA-CAES变工况特性。提出了包含储气库储气水平与高温储热罐储热水平的双荷电状态(SOC)模型。通过变工况特性曲线簇建立了储气SOC与储热SOC间的耦合关系,进而建立了计及组件部分负载特性的AA-CAES变工况运行模型,并对风储协同系统发电能力评估问题进行分析。仿真表明,AA-CAES变工况运行模式导致的组件部分负载特性对风储协同系统发电能力的影响不容忽视,与不考虑变工况相比,对风力资源丰富地区,变工况运行特性将使风储协同系统容量因子降低达4%以上。     

AA-CAES系统建模与储能阶段的热力特性

为了研究AA-CAES系统的热力特性,在500 k W-TICC系统的基础上设计了20 MW先进绝热压缩空气储能系统的热力模型,采用集中参数法建立了系统的动态数学模型,再以理论建模和数字仿真的方法研究了先进绝热压缩空气储能系统储能阶段动态特性。分析了压气机环节、换热器环节、储气罐环节和储热罐环节的动态特性,以及压气机进口流量变化导致系统各个设备参数变化的特性。仿真结果表明,第一级压气机比较稳定,二三级压气机波动较大,进气流量对各级换热器的出口冷工质和压气机的耗功影响较大,储气室内气体的温度变化比较平缓。     

非稳定电源驱动的恒压绝热压缩空气储能系统设计EI北大核心CSCD

典型先进绝热压缩空气储能系统(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)受限于压气机的稳定工作范围,不适宜作为非稳定电源侧的储能系统。该文提出一种功热并储恒压绝热压缩空气储能系统(isobaric adiabatic compressed air energy storage system integrated with power-thermal combined storage,PT-IA-CAES),在输入功率低于压气机启动功率时,储热系统运行,从而实现储能功率大范围连续可调。其次,阐述该系统的设计方法及其运行规则。通过构建系统部件及整体变工况模型,获得储/释能特性曲线。案例研究表明,电源侧配置的恒压绝热压缩空气储能系统(isobaric adiabatic compressed air energy storage,IA-CAES)与PT-IA-CAES两种设计系统的循环效率分别为69.60%和66.80%,低于AA-CAES的71.83%,但弃风率从4.121%分别降低至1.168%和0.405%,总释能量分别增加48594.33和52137.07MJ,表明所提出的设计系统在应对非稳定电能输入方面具有明显优势。     

新型变压比先进绝热压缩空气储能系统及其热力学分析

为了提高先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）系统的充放电效率,提出了新型变压比AA-CAES系统,建立了系统的热力学模型,计算了不同膨胀机组级数和不同变膨胀比运行方式下系统的热力学特性,得到了各种配置和运行方式下膨胀机组的释能时间和总输出功,以及整个系统的充放电效率等参数。结果表明,对具有4级膨胀的AA-CAES系统,变膨胀比使得膨胀机组的释能时间从3 095 s增加到5 014 s,总输出功从1.953 GJ增加到2.728 GJ,整个系统的充放电效率从45.11%提高到63.00%,变压比AA-CAES显著提高了AA-CAES系统的热力学性能。     

新型变压比压缩空气储能系统及其运行方式

为了提高压缩空气储能(CAES)系统的效率,提出了新型变压比压缩空气储能系统。该系统基于定容储气装置及传统定压比压缩方式的特性,通过阀门调节来改变储能过程中压缩级组的串并联运行方式实现。通过分析不同压缩级数下可行的变压比运行方式,建立变压比压缩空气储能系统的仿真模型,从仿真得出的变压比储能系统的储能时间、压缩功耗和系统的充放电效率等方面,与传统的定压比压缩空气储能系统进行比较。结果表明,变压比压缩空气储能系统不仅减少了储能过程中压缩机组的功耗、缩短了储能时间,而且提高了整个系统的充放电效率。     

含先进绝热压缩空气储能电站的电力系统实时调度模型

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)具有规模大、成本低、无需燃料、效率高等优点,是压缩空气储能(CAES)技术领域的主流发展趋势之一。本文将AA-CAES电站作为重要的调度资源,与常规机组、风电共同参与电力系统实时调度。首先,基于AA-CAES电站的热力学特性,建立能够反映AA-CAES电站变工况条件下运行特性的储能电站运行约束模型。然后,考虑AACAES电站在自动发电控制(AGC)阶段的功率调节不确定性,建立AA-CAES电站AGC约束模型。在此基础上,提出含AA-CAES电站的电力系统实时调度模型,该模型考虑了系统AGC容量需求约束、AGC调节速率需求约束和AGC调节任务量需求约束。最后,基于修改版IEEE30节点系统进行算例仿真,仿真结果证明了调度模型的有效性。     

集中-分布式混合压缩空气储能电站优化规划策略

针对城镇配电网供电能力不足的问题,设计了一种集中-分布式混合压缩空气储能（CAES）电站的基本架构。该架构依托集中式先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)电站建立分布式液态空气储能电站,可更有效地利用AA-CAES电站大规模储气室的优势,延展AA-CAES电站的功能。然后,建立了集中-分布式混合CAES电站的运行模型。该模型能准确描述混合CAES电站空气压缩、液化、贮存、运输、汽化、膨胀发电等过程中的能量流通、转化、存储和释放机理。基于混合CAES电站的运行模型,结合全寿命周期成本理论,建立了混合CAES电站的优化规划与运行模型。上述模型还包含扩建输电线路、增建燃气轮机、安装电池储能等备选方案的相关约束,以便对比安装混合CAES电站和其他方案的经济效益。最后,通过算例仿真验证了优化规划与运行模型的有效性。     

考虑先进绝热压缩空气储能电站备用特性的电力系统优化调度策略

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed airenergystorage,AA-CAES)技术被认为是目前最具发展潜力的大规模储能技术之一。该文详细分析AA-CAES电站在不同运行工况下的备用特性,建立考虑备用市场的含AA-CAES电站电力系统优化调度模型。该模型中除了计及能够反映AA-CAES电站实际热力学过程的储能电站运行约束外,还综合考虑AA-CAES电站的动态特性、出力限制、储气室气压限制和储热器储热量限制对AA-CAES电站备用容量调节范围的影响。针对AA-CAES电站备用容量调节范围不连续的特点,模型中引入常规机组备用容量购买下限约束,以实现系统备用容量连续可调。最后,基于IEEE30节点系统进行算例仿真,仿真结果验证了模型的有效性。     

考虑先进绝热压缩空气储能的风力发电系统成本/供电可靠性评估

风电的随机性会使得电力系统受到影响,先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)技术具有大容量、低成本、高效率的特性,可作为平衡风力发电随机性的储能系统。为此,首先,考虑风力发电的随机性与AA-CAES电站的运行特性,构建AA-CAES电站运行与风力发电系统发电功率模型,采用蒙特卡洛仿真法对风力发电机的运行情况进行仿真;然后,将用户作为市场元素,计算可中断供电负荷的赔偿费用,并以系统综合成本与断电赔偿费用之和的总费用最小为目标,采用动态规划法优化AA-CAES电站的压缩/膨胀功率,建立含AACAES的风力发电系统的成本/可靠性评估模型;最后,通过仿真验证所提规划方法并分析AA-CAES电站容量对系统经济性及供电可靠性产生的影响。结果表明,当系统容量规模增加时,存在一个最优容量配置使得系统的总费用最低。     

基于改进粒子群优化算法的先进绝热压缩空气储能系统参数优化

压缩空气储能技术是一种高效、环保的大规模储能技术,在可再生能源并网和电网调峰领域有广泛应用。为了提高压缩空气储能系统的储能效率,对系统建立了热力学模型,研究了系统运行参数对系统性能的影响,并采用改进粒子群算法对多个运行参数进行优化。研究结果表明:随着储气室最低压力的升高,储能效率先升高后降低,储气过程压力升高幅度和储气室对流换热系数的增大会使储能效率降低;通过改进粒子群优化算法,储能效率最高可以达到0.699 45;优化算法具有较好的全局收敛性和较高的精确度。     

蓄热对超临界空气储能系统性能的影响

超临界空气储能系统是一种新型的储能系统,蓄热技术是提高系统效率的关键技术之一。该文建立了超临界空气储能系统在储能过程、存储过程和释能过程中的热力学模型,重点分析了蓄热对超临界系统性能的影响规律。分析结果表明,在储能过程中,储能效率随着蓄热水流量的上升而下降;在存储过程中,存储效率随存储时间的增加不断降低;在释能过程中,释能效率随蓄热水流量的上升呈现先上升后逐渐下降的趋势。系统效率随着蓄热水流量的增加先升高后降低,当蓄热水无量纲流量为0.75时,系统效率最高,为68.3%。     

电容器级新型储能电介质的储电性能研究

在电容型储能脉冲功率电源中,脉冲电容器的储能密度直接影响脉冲功率电源和脉冲功率系统的小型化发展。目前,脉冲电容器的介质材料多采用双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP),其储能密度很难进一步提升,因此需要研究新型电容储能材料,以提高电容器的储能密度。本文以电容器用储能电介质为研究对象,对聚合物基无机纳米复合电介质(PVDF/TiO₂)、聚合物基全有机复合电介质(PVDF/PP)和高偶极矩无定形聚合物(ArPU)3种新型储能电介质的电性能参数作了对比。此外,测试并绘制了他们的D~E曲线,并以BOPP为参考,对他们的放电效率进行了研究。测试结果表明,这3种新型储能电介质的放电效率均随频率的升高而升高。     

多硫化钠-溴储能电池组

用8节单电池组装了多硫化钠-溴储能电池组,每对电极活性面积144cm。分别采用聚丙烯腈碳毡和泡沫镍为电池正负极材料,Pt/C为正极电催化剂,铂担量为0.8mg/cm2,以Nafion-117膜为隔膜,石墨板为双极板,电池组流体分配管道采用内置Z形设计。电池组工作温度为室温至100℃。电池组各节单电池性能均一,电池在50%充电状态温度为348K时,输出功率为520W(总电压7.224V),即单电池平均输出功率密度达到0.45W/cm2。     

考虑电池储能单元分组优化的微电网运行控制策略

针对大规模电池储能系统参与微电网调节面临储能单元充放电路径优化选择问题,基于对储能单元能量转换效率与运行功率关系的研究,提出了以双电池储能系统（DBESS）控制策略为基础,充、放电单元组可临时转换的控制方式,以克服DBESS结构功率调节能力不足的问题。制定了储能单元间功率分配机制以降低储能单元启用数量,减少了储能单元因功率分配不当而造成不必要的寿命衰减和能量损耗。基于含8个储能单元的风光储共交流母线型微电网系统,结合给定功率波动平抑需求,对所提控制策略、DBESS控制策略和传统控制策略进行仿真分析,从储能系统控制效果、循环寿命和能量转换效率的角度验证了所提策略的合理性和有效性。     

电容器内熔丝应用中的若干问题分析与探讨

文中运用电工原理的方法对串联电容器短路放电波形进行了分析,求解出串联电容器短路放电回路方程,对短路放电试验过程中内熔丝消耗的能量、效率、温升进行了量化计算.文中还分析了隔离试验时内熔丝的能量效率及运行中的故障电容器熔丝隔离后的电容量、电压及储能的变化情况.     

变频钻机储能系统设计研究

根据钻机的下钻过程,以ZJ70DB变频钻机在井深6 000 m时,研究设计起下钻储能系统,通过具体计算分析,得出在以柴油发电机组供电的电动钻机上按成本收回考虑,配置储能系统没有意义;在市网供电的钻机上也没有意义;由于目前燃气价格很低,在一些地方获得容易,对环境污染也小,因此在由燃气机组供电的电动钻机上有一定的应用前景。     

提高能源效率的主要技术与途径

与1978年相比,2008年我国电力工业通过降低供电煤耗及线损节约了3．8亿tce,减少二氧化碳排放约9．2亿t,减少二氧化硫排放约320万t,为我国节能减排作出了巨大贡献。但未来我国电力工业将随着中国经济的发展而持续增长,其能源消耗量以及二氧化碳、二氧化硫的排放量将呈不断增加的趋势。这将对电力工业的能效提出严峻的挑战。研究提高发电、输电、配电及用电的能效将具有重要的现实意义。介绍了美国发电、输电、配电及用电方面提高能效的先进技术,结合我国发布的行业标准,探讨提高我国发输配用电效率的途径。     

飞轮储能系统充放电效率实验研究

利用电能测量方法对500Wh飞轮储能实验系统的充放电效率进行测量,飞轮储能系统充放电循环的升速、降速范围为12 000r/min～36 000r/min～12 000r/min,实验中测得电机及其控制损耗为49%.分析表明,即使将电机效率、控制器效率提高到95%,系统充放电循环效率也难以超过80%.综合考虑飞轮储能系统及辅助系统的能耗,探讨了高效率飞轮储能系统的运行方式和条件,飞轮储能系统应用于航天环境对提高充放电循环效率比较有利.     

电动汽车复合储能系统的功率分配优化研究

以带有半主动复合储能系统构型的纯电动客车作为研究对象,提出了一种以最小电池耗能及电池功率变化作为目标函数的凸优化方法。在中国哈尔滨城市公交道路工况的基础上,对所提优化方法与基于规则的功率分配策略进行能效及电池功率变化的对比分析。仿真结果表明,在中国哈尔滨城市公交道路工况条件下,采用所提凸优化功率分配策略,电池及超级电容的综合能效分别为93.46%和98.81%,电池功率的均方差为5.3153 k W,较之基于规则的功率分配策略,电池及超级电容的综合能效分别提高了0.74%和0.26%,电池功率均方差降低了46.91%。基于此功率优化分配方法能够有效的改善电动汽车的运行特性。