压缩空气储能技术研究进展

 压缩空气储能是目前大规模电力储能技术研发的热点,是支撑可再生能源发展的关键技术之一,在新能源并网发电、电网调峰等领域有广泛的应用空间。介绍了空气压缩设备的发展状况,总结了绝热压缩设备效率的不足,分析了螺杆式空压机提升能效的关键因素。比较了压缩空气储能所经历的传统燃气补热压缩、非燃气补热的绝热压缩、等温压缩等阶段不同类型的储能原理和效率,介绍了等温压缩空气储能的实现方法和进展,并结合当前专利情况展望了未来压缩空气储能的技术发展方向。     

含分布式储能的能源局域网能量优化管理方法

为了克服可再生能源随机性的影响,提高系统能源利用效率,提出了一种基于最优能量流的含分布式储能的能源局域网能量管理方法。首先,构造多能源局域网信息流与能量流融合的模型,模型上层为信息交换的通信网络,下层为多能源局域网系统。然后,使用分层的集中式优化进行能源局域网网间和网内管理,其中网间管理优化整个多能源局域网系统的总运行成本,而网内管理则根据网间优化的结果,在每个能源局域网内,分别求出分布式储能的充放电功率。通过能量管理方法对分布式储能进行控制,可获得网间和网内的最优能量流,从而使整个多能源局域网的总运行成本最低。最后,在MATLAB/Simulink中搭建多能源局域网仿真平台,通过算例分析表明,在可再生能源与负载均剧烈波动的情况下,能量管理方法仍可以控制储能的运行来实现多能源局域网的稳定运行,并使能源局域网中的储能运行成本、传输线网损等最小,实现整个多能源局域网的总运行成本最小,即最优能量流。     

计及高比例可再生能源的配网系统储能多场景优化配置

为解决传统方法中可再生能源出力波动大、可再生能源和储能利用效率不高等问题,提出一种计及高比例可再生能源的配网系统储能多场景优化配置方法。通过在配网系统电源侧接入储能,定义配网系统储能配置场景,采用一阶低通滤波,结合波动率期望值确定方法,将低通滤波时间常数作为储能容量配置的关键参数,计算能源发电波动场景储能目标输出功率。采用上下限约束法,计算负荷储能释能场景储能目标输出功率。结合配网系统运行成本,构建储能多场景优化配置模型,求解储能最优功率和容量最优解,获得储能最优配置方案。实验结果表明,所提方法减少了风电出力和光伏出力的最大波动量、最大波动率,可再生能源出力更加平稳,减少了弃风率和弃光率,增加了储能出力,提高了可再生能源和储能利用效率。     

考虑需求响应资源和储能容量价值的新型电力系统电源规划方法

高比例可再生能源的接入对电力系统容量充裕性带来了新的挑战，系统必须具备充足的置信容量应对可再生能源的出力波动性和随机性.由于储能置信容量与电源规划结果的非线性关系，传统电源规划方法难以准确计算储能置信容量并建立系统置信容量充裕度约束.通过综合考虑火电、可再生能源、储能以及需求侧响应建立了电源规划模型，内嵌全年8 760时段生产运行模拟以确保系统具有充足灵活性，同时改进容量充裕性约束以考虑需求响应资源和储能的容量价值.针对储能置信容量的非线性问题，设计了迭代算法进行求解，并用某区域电力系统验证了模型的有效性.结果表明，高比例可再生能源系统中，影响系统成本的主要因素是灵活性约束，引入少量需求侧响应资源可大幅降低系统成本，为未来高比例可再生资源电力系统规划问题提供了新的思路.     

压气储能洞室气密性影响因素分析

压缩空气储能技术可以解决可再生能源发电的不稳定性和间歇性的缺点,而地下储气洞室是压气储能工程的重要组成部分.人工开挖并施作内衬的硬岩洞室因受地质条件限制小、适应范围广、气密性和稳定性好而受到关注.研究了内衬混凝土渗透率对洞室气密性的影响,基于达西定律,推导了计算储气洞室气体泄漏量的理论公式,获得了典型压缩空气储能压力条件下洞室内部气体的泄漏情况,并在此基础上分析了衬砌渗透率、衬砌厚度和洞室形状三种因素对气密性的影响.结果表明,在洞室内压8 MPa的情况下,利用P8等级的抗渗混凝土作为混凝土内衬,可以使洞室内气体日泄漏量低于1%,满足压缩空气储能电站的运行要求.同时,气体泄漏量随着内衬渗透率的增加而线性增加;在相同的渗透率条件下气体泄漏量随衬砌厚度的增加而减小;在相同容积条件下,圆柱形地下储气库的密封效果好于球形洞室.研究结果证明内衬硬岩洞室作为压缩空气的地下储气库在理论上具有良好的可行性.     

直流微电网实际方案分析

微电网是将可再生能源发电装置、负荷、储能装置及控制装置等有机结合并接入到电网中的技术。微电网一般接入到配电系统中,既可与电网联网运行,也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。为适应节能减排、提高供电可靠性和更有效利用可再生能源的市场需求,针对直流微电网技术发展现状,结合当前我国电网国情以及政策导向,研究提出了具有简单易用、可操作性强的直流微电网解决方案。从而将直流微电网技术在更广阔使用领域进行推广应用。     

随机环境下电动汽车充电实时管理与优化控制算法

电动汽车的规模日益壮大，对其充电行为进行自适应管理成为亟待解决的问题.从充电服务商的角度出发，协同可再生能源和储能设备，并计及电网的时变电价和电动汽车充电可容忍时延，基于Lyapunov优化理论提出随机环境下的电动汽车充电实时管理和优化控制算法，旨在最大化充电服务商的利益，即最小化购电成本.理论性能分析证明，所提算法无需可再生能源出力、充电需求和时变电价的先验统计信息，就能使优化目标趋近最优值.仿真结果表明，该算法可以有效减少充电服务商的购电成本，相比于基准贪婪算法可降低27.3%.     

含光热电站的热电联供型微网储热容量双层优化配置

含可再生能源的微网已成为能源领域重要的发展趋势，在此背景下，针对热电联产微网中储能优化配置的不足，构建了含有光热电站的热电联供型微网储热容量双层优化配置模型。上层模型以极小化光热电站日投资成本和热电联产微网日运行成本为优化目标，下层以极小化热电联产微网日运行成本为优化目标。利用Karush-Kuhn-Tucker最优性条件将双层模型转化为单层模型。算例证明了基于光热电站的储热系统提升了微网的经济性以及微网消纳可再生能源的能力，并分析了光热电站的储热容量和储热成本对热电联产微网投资成本和运行成本的影响，同时验证了所提双层规划模型的有效性。     

一种新型压缩空气与抽水复合储能系统的热力学分析

为解决可再生能源发电系统存在的能源输出间歇性和波动性等问题,基于热力学定律和能量梯级利用的原则,提出一种兼具压缩空气储能技术和抽水蓄能技术特点的新型压缩空气与抽水复合储能系统。首先建立了该系统的热力学模型并使用自编程序进行了热力学分析,重点针对水轮机工作时间、储气洞穴最低压力、各主要设备效率、压气机机组和透平机机组压比分配对系统热力学性能指标的影响进行了研究。结果表明:系统的能量效率随储气洞穴最低压力的升高而升高,随水轮机工作时间增加先升高后降低,在水轮机工作时间为1.5h的工况下达到最高值;提高透平机的等熵效率是提升系统能量效率的最有效途径;通过对压气机机组和透平机机组的各段压比进行优化,系统的能量效率可达到71.82%。研究结果可为该系统的工程应用提供重要的理论依据。     

盐穴在地下能源存储领域的应用及发展

 盐岩具有较低的渗透性、良好的蠕变特性及损伤恢复功能。盐穴是能源地下存储的良好介质,广泛应用于天然气、原油、液态碳氢化合物等的存储;也可以进行压缩空气蓄能和氢气存储蓄能,存储转化可再生能源;同时可应用于工业废料、有害废料的处置及二氧化碳封存等。综述了盐穴在地下能源领域的应用情况及基本原理,展望了盐穴的技术发展趋势。阐述了中国盐穴能源储库起步较晚、资源有限、技术难点多、发展与挑战并存的现状。     

新型压缩空气储能及其技术发展

压缩空气储能研究是目前绿电储能的重要科技前沿,主要为大规模绿电的存储转换及并网等问题,提供有效的解决方案。回顾了压缩空气储能的背景,介绍了传统压缩空气储能及其衍生技术的工作原理,分析了新型压缩空气储能的优缺点和应用范围、中外压缩空气储能的应用现状及其经济效益。基于此,提出了未来压缩空气储能的应用前景及发展趋势,为相关学者和方案决策人员提供参考。     

压缩空气含水层储能系统设计及可行性分析

采用数值模拟方法,以3 MW储能规模为例,建立水平地层埋深800 m、渗透率0.5×10~(-12)m~2的压缩空气地下含水层储能模型,对初始气囊及系统循环过程中压力、气相饱和度、系统循环次数等参数进行分析.结果表明:经历完整一次循环后,地层中压力和气相饱和度变化较小;随着循环的继续,地层中可供储能释能循环的有效气相体积缓慢减少;周循环过程压力变化范围较大,对储能系统要求较高.含水层作为储气库进行压缩空气储能具有可行性,应根据实际地质条件进行相应系统设计.     

Investigation on wind energy-compressed air power system

Wind energy is a pollution free and renewable resource widely distributed over China. Aimed at protecting the environment and enlarging application of wind energy, a new approach to application of wind energy by using compressed air power to some extent instead of electricity put forward. This includes: explaining the working principles and characteristics of the wind energy-compressed air power system; discussing the compatibility of wind energy and compressor capacity; presenting the theoretical model and computational simulation of the system. The obtained compressor capacity vs wind power relationship in certain wind velocity range can be helpful in the designing of the wind power-compressed air system. Results of investigations on the application of high-pressure compressed air for pressure reduction led to conclusion that pressure reduction with expander is better than the throttle regulator in energy saving.     

新型压缩空气储能风电系统膨胀助力控制

针对风能波动性和间歇性问题,提出了新型机械耦合式压缩空气储能风电系统.建立了风电系统膨胀助力模式混杂动态模型.提出了涡旋机柔性切入、切入后动态协调以及膨胀助力优化控制等三级膨胀助力控制策略,采用输入输出反馈线性化以及前馈控制等方法完成控制器设计.基于1,kW风电系统试验平台验证了控制策略的有效性,提高了模式切换过渡过程和风能捕获的动态速度,有效降低了压缩气体的消耗,涡旋机全效率提升至46.7%.     

空调负荷虚拟储能技术研究

由于建筑自身具有一定的热容量,空调制冷或制热功率发生变化时,建筑内温度的变化存在滞后;而人体对舒适温度的感觉也存在一个范围.利用"空调-建筑"系统的这两个特点,在保证用户基本舒适度要求的前提下,空调电功率可以按照外部需求主动调节,空调负荷也可等效成为电网中一个虚拟的电能存储装置.本文对影响空调负荷虚拟储能的主要因素进行分析,建立虚拟储能能量和功率模型;结合需求侧响应等典型应用,对虚拟储能的控制进行了介绍;利用实际测量结果和算例计算,验证了空调负荷虚拟储能用于电网调节的价值和可行性.     

基于等温活塞换热的空气压缩方法

考虑到使用绝热压缩进行压缩空气储能系统过程中,大量的电力转为热量被耗散,提出了一种利用等温活塞吸收压缩空气中的热量,并把热量排出到缸体底部的液体中的方法,建立了等温活塞传热的无因次化数学模型.提出了影响等温活塞换热的量纲一系数K_a和X_u,分析了量纲一系数对等温活塞压缩系统的影响.采用泡沫铝作为构成等温活塞的材料进行了实例计算,结果表明压缩比为7、转速为1 200 r/min时,压缩效率可提高11%.      

压缩空气储能储气装置发展现状与储能特性分析

压缩空气储能系统是大规模电力储能技术研发的热点,储气装置是其重要部件之一。综述了储气装置的发展及应用现状,包括储气装置的分类、不同类型储气装置的技术特点及应用情况,并详细分析了储气装置的储能特性。研究为储气装置的设计选型提供理论参考。     

压缩空气储能的多级填充床蓄热实验研究

对填充床蓄热装置在压缩空气储能(CAES)系统中的应用进行了实验研究与分析。开展了不同压力下填充床蓄热周期实验,测量了填充床内温度分布和进、出口空气温度随时间的变化。分析了不同压力下填充床的蓄热特性和蓄热效率。在实验条件下验证了CAES系统多级填充床蓄热的可行性,并提出了进一步性能改进的方法。