含光热集热模块的先进绝热压缩空气储能系统容量配置策略

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)技术不但具有环境友好、成本低、容量大等优点,还拥有热电联储/联供的独特优势,并且能够与外接热源耦合运行。充分考虑AA-CAES电站的热电联储/联供特性,将光热集热模块作为AA-CAES系统的外部扩展热源,提出了光热集热模块耦合AA-CAES系统的优化规划模型。该模型除了计及影响光热集热模块各项实际运行效率的约束外,还综合考虑了AA-CAES电站的规划约束、运行约束以及AA-CAES电站备用出力约束等,并采用大M法对模型中的非线性项进行等价转换,将优化规划模型转化为能被常规商用优化求解器高效求解的混合整数线性规划模型。基于某地区的典型日数据和改进的IEEE 30节点系统进行算例仿真,仿真结果验证了所提模型的有效性。     

绝热压缩空气储能系统的热力性能与经济性分析

绝热压缩空气储能技术（A-CAES）可用于可再生能源电力的调峰、调频,是实现“双碳”目标的有效手段。为研究级数、上端差、节流阀后压力等关键参数对系统热力学效率与经济性的影响,实现最低度电成本,构建了基于MATLAB的A-CAES模型,并进行计算。结果表明：在模拟工况范围内,效率随级数、上端差的增加而降低,随节流阀后压力的增加而增加,效率最高可达70%以上;二级压缩、二级膨胀的度电成本最低,为0.0413～0.045 0美元/(kW·h);度电成本随节流阀后压力的增大而减小;当上端差大于2.5 K时,度电成本随上端差的增大而增大。因此,A-CAES可实现高效、低成本储能。     

先进绝热压缩空气储能在微网中的应用研究

微网对减小分布式发电的弊端十分有利,而储能是微网的重要组成部分,先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)相对于其他储能方式更具有优势,AA-CAES应用于微网有着光明的前景。基于STAR-90仿真平台建立了AA-CAES系统模型和微网模型,通过仿真实验,对比分析了有无AA-CAES的微网实验数据,得出有AA-CAES参与的微网与大电网的送受电比例远低于无AA-CAES的微网。通过多个微网联合运行,形成微网集群进行仿真研究,得出微网集群的送受电比例相对于单个微网有更大的降低。由仿真实验结果可知,在微网中加入AA-CAES可降低大电网的削峰填谷压力,提高大电网运行的经济性和安全性,减小新能源的出力波动性与随机性的影响。多个微网形成微网集群,集群内微网之间通过控制策略优化,并形成互补效应,相对于单个微网,微网集群与大电网的送受电比例更低,微网集群显示出更好的独立性和自治性。     

先进绝热压缩空气储能在综合能源系统中的经济性分析方法

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)是一种大容量储能技术,其成本低、无需燃料,且具有冷-热-电联储联供的能力,在综合能源系统(IES)中能发挥出其独特优势,有助于进一步提升IES的能量利用率。根据IES的运行情况,对AA-CAES电站进行经济性分析,能切实反映AA-CAES电站应用于IES后所带来的经济效益,对AA-CAES技术的推广和应用具有重要意义。考虑AA-CAES电站、电转气装置、蓄电池电站等辅助设备参与IES运行的情况,建立了其全寿命周期经济评估模型。为了反映IES的运行情况与成本,该文考虑其主要设备的协调互动,建立了大规模IES的优化调度模型。基于上述模型,得到了含AA-CAES电站、蓄电池或电转气装置等不同辅助设备时IES的优化运行结果。最后结合各辅助设备的全寿命周期成本与IES运行成本,对比分析了AA-CAES电站与其他辅助设备在IES中的经济性表现。     

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。     

含有绝热压缩空气储能的分布式能源系统供能特性研究

构建了一种耦合绝热压缩空气储能和风力发电机组的分布式能源系统模型,考虑了冷热电的联合供应以及电能不同时段、季节的费率结构。对各供能环节建立数学模型,并基于产能和用能的匹配对主要设备进行容量配置,分析系统中的能量流动情况。分析了压缩空气储能中关键参数对分布式能源系统性能的影响。研究结果表明:降低压缩热返还比、增加压缩机级数可减少系统能源费用,并提高风电利用率。当夜间风力较大时,选取较大的储气最大压比和压比范围可使风电利用率和能源费用同时达到最优。对于夏季特征天,当最大压比为140,最小压比取60时,风电利用率达到最大值82.4%,同时日消耗能源费用达到最低值72452元。通过与绝热压缩空气储能纯储电的供能系统比较,表明所提出的系统在能源费用和风电利用率上具有优势。     

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。     

先进绝热压缩空气储能多能流优化调度模型

先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）是一种可实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统,其储能的过程中会伴随产生额外的多种能流,若将运行中产生的额外能流收集起来,AACAES可作为微型综合能源系统进行使用。该文通过基于能源集线器（EH）构建通用能量交换分析模型,针对AA-CAES内部组件压缩机、透平机、换热器等部件进行模块化矩阵建模,分析其热力学特性和能流产生效率,研究AA-CAES的多能流联供调度策略。以最大化经济性运行为目标,提出了一种基于能源集线器矩阵化建模的AA-CAES多能流优化调度模型,并采用典型的压缩空气储能系统设备数据,进行仿真验证。仿真结果表明,AA-CAES作为微型综合能源系统具有较好的经济性,并且可以实现日常的热电联供,减少或降低其他供热系统的能耗,提高区域的能量利用效率。     

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。     

恒壁温储气模型下先进绝热压缩空气储能系统性能分析

为更准确地计算先进绝热压缩空气储能系统的性能参数并探究循环过程中储气室内温度、压力变化情况,基于热力学第一定律与理想气体方程,提出更切合实际的恒壁温储气模型,构建整个储能系统热力学模型。基于此模型,在给定的空气压缩机与透平功率下,对系统性能进行了计算;分析了储气压比、储释能间隔时间等参数对系统性能的影响;直观地揭示了循环过程中储气室内温度、压力随时间变化情况。结果表明:等幅增大储气压比与降低储气压比差可提高系统循环效率,只提高最大储气压比会使效率下降;随对流换热系数增大,压缩功增大,膨胀功与循环效率出现"拐点";储释能间隔时间增大会降低系统效率,当对流换热系数较小时,对该时间的选择还应考虑储气参数的循环稳定性。     

先进绝热压缩空气储能发电系统参与调频辅助服务控制优化方法

为实现先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）系统在宽负荷段参与AGC调频,且调节速率不超过《广东调频辅助服务市场交易规则》规定（避免产生考核电量）,提出一种多级分段设置PID控制器参数参与机组自动发电控制（AGC）调频的控制策略。通过APROS仿真平台分别对10 MW AA-CAES机组采用单套与3套PID控制器响应AGC控制指令进行仿真。结果表明:AA-CAES发电系统机组采用1套PID控制器在宽负荷段响应AGC控制指令,调频性能指标K1大于5,给储能电站增加考核电量而造成经济损失;机组采用3套不同参数PID控制器能够优化调频性能指标,使调频性能指标K1在要求范围内,从而避免产生考核电量,有效提高AA-CAES发电系统参与辅助调频服务的经济效益。     

基于储热介质和排气温度的绝热式压缩空气储能系统优化设计

压缩空气储能系统概念设计指基于特定边界参数如储气库压力范围、环境压力和温度等确定具有最优效率的系统结构和参数。常规的等压缩膨胀比设计方式未考虑排气损失,导致实际热量利用率和效率较低。由于高温储热介质温度是决定压缩级数和系统效率的关键因素之一,本文以降低排气损失提高系统效率为目标,提出一种基于储热介质和排气温度的通用压缩膨胀级数及其参数配置方案;分析了该设计方案下,不同设计参数对储能系统的压缩级数和压缩比分配、膨胀级数和膨胀比分配、系统热量利用率、系统循环效率的影响。结果表明:该设计方案能够实现不同储热温度下系统效率的快速比较,相比于常规等压比设计方式,系统热量利用和循环效率更优,设计灵活性更强。     

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。     

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。     

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。     

压缩空气储能系统动态特性及其调节系统

压缩空气储能技术(compressed air energy storage,CAES)因其环境污染小、储能规模大、投资成本低等优势受到广泛关注,并向着高参数、大储能容量方向发展。然而,由于我国研究起步晚,大型CAES技术至今尚未投入商业化运行,对CAES动态特性缺乏深入认识,严重阻碍了系统设计与调控技术的发展,限制了CAES的发展及普及。基于模块化建模思想及APROS平台,建立了先进压缩空气储能系统(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)的动态数学模型。分析该系统储能、释能阶段的动态特性;建立了并网调速系统控制模型,通过典型扰动下的响应分析,获得优化的控制策略。所建模型及研究结果为CAES动态特性的深入认识、系统设计和调控提供了有效的分析工具和数据参考,对推进AA-CAES的应用和普及具有实际意义。     

微型压缩空气储能系统工作特性研究

为了探究微型压缩空气储能的工作特性,本文通过分析微型压缩空气储能系统的工作过程及原理,运用?分析法建立了系统储能过程、释能过程理论分析模型,并建立了系统?效率的评价模型;运用Aspen Plus软件建立系统储能子系统、释能子系统的流程仿真模型,分析了膨胀机入口压力、膨胀初始温度、系统流量等因素对膨胀机工作特性、系统效率的影响。仿真结果表明:增加入口压力、膨胀初始温度、系统流量和膨胀比能够有效地增加系统输出轴功;膨胀比以及膨胀初始温度越高,系统效率越高,但增长速度减缓,系统流量对系统效率几乎没有影响。本文建立的微型压缩空气储能系统热力学分析模型以及仿真结果能够正确反映关键输入参数对膨胀机输出特性的影响规律,可为设计高效微型压缩空气储能系统提供理论依据。     

先进绝热压缩空气储能技术研究进展及展望

作为一种清洁物理储能技术,先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage system,AA-CAES)具有优良的辅助服务特性、多能联供联储能力,可为清洁能源的高效消纳注入新活力。该文直面AA-CAES技术在智能电网和综合能源系统的应用,在分析AA-CAES电站优良的动态特性的基础上,梳理AA-CAES电站建模、能效提升、运行规划及市场运营等方面的研究现状,指出当前研究瓶颈,明确后期应用研究的重点。希望能为智能电网和综合能源系统的AA-CAES技术相关研究提供参考,指导其应用推广。     

压缩空气储能工程现状、发展趋势及应用展望

压缩空气储能(CAES)是一种大规模物理储能技术,可广泛应用于电网削峰填谷和大规模新能源消纳。当前我国CAES正处于由示范项目向产业化发展的关键阶段,呈现出良好的发展态势。系统总结了国内外CAES工程现状,介绍了已投运的商业电站,并对其在新能源侧的应用前景进行了阐述。进一步,从装机规模、系统效率、应用场景、建设成本等多个方面对其发展趋势进行了介绍。针对CAES发展中遇到的挑战,从电站建设、核心装备、标准体系、价格机制4个角度进行阐述,给出了推动CAES发展的建议,推动其向多元化、规模化、产业化方向发展,成为支撑我国“双碳”目标的关键技术。