先进绝热压缩空气储能系统热力性能研究

摘要

传统化石能源的日益匮乏促进了全球新能源技术的快速发展。以风能、太阳能为主的新能源发电受自然条件的限制，具有波动性和间歇性的特点，其大规模并网对电网的安全性产生影响。因此，研发高效储能系统，实现充放电状态的迅速切换，确保并网系统的安全和稳定已成为可再生能源发展的关键。
　　压缩空气储能是一种大规模储能技术。传统的压缩空气储能电站已实现商业化，但存在储能效率低、需要消耗化石燃料等缺点。随着储能技术的发展，绿色高效的先进绝热压缩空气储能系统被提出。系统通过存储空气压缩过程中产生的热量，摆脱了对天然气的依赖，避免了二氧化碳的排放。该技术的发展尚不成熟，对系统和设备的研究还存在很多空白，但先进绝热压缩空气储能技术被视为极具市场潜力的储能技术。为了深入分析系统的运行性能，本文建立了压气机、储气室、膨胀机、蓄热系统等主要部件的热力学模型，通过联合求解得到循环过程中系统的热力特性，进而分析部件性能对储能系统的影响。主要研究内容如下：
　　（1）建立变效率压气机热力学模型。考虑到系统运行过程中压气机多变效率的变化，通过拟合压气机性能曲线，得到压气机多变效率公式。以压气机多变效率拟合公式为基础，对比分析恒压比和变压比两种储能模型在压气机耗功、储能阶段效率等方面的差异。同时研究变工况下系统的运行特性，分析储气条件对系统储能效率、储能密度的影响，进而制定合适的压气机运行策略。
　　（2）改进蓄热系统热力学模型。分析储能和释能阶段换热器效能的变化以及不同蓄热介质热物性差异对换热器效能的影响，以此为基础对蓄热系统热力学模型提出改进。在改进的蓄热系统热力学模型下，研究了以水、THERMINOL D12和THERMINOL66三种材料为蓄热介质时系统的运行特性。
　　（3）建立恒壁温储气室热力学模型。基于热力学第一定律和理想气体状态方程，提出更贴合实际的恒壁温储气室模型。探究储气室内空气温度、压力、与外界换热量的变化情况，分析储气室特性对系统的影响。对比各种储气模型的优缺点，设计出综合性能更优的恒温绝热储气装置模型。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 大规模储能技术介绍

1.3 压缩空气储能技术介绍

1.4 研究现状分析

1.5 本文主要研究内容

第2章 AA-CAES系统热力学模型分析

2.1 AA-CAES系统概述

2.2 AA-CAES系统热力学模型

2.3 AA-CAES系统评价指标

2.4 本章小结

第3章 压气机模型分析及储能过程控制策略研究

3.1 引言

3.2 压气机模型分析

3.3 系统性能指标

3.4 储能过程性能分析

3.5 基于变效率压气机的AA-CAES变工况性能分析

3.6 储能过程运行策略分析

3.7 本章小结

第4章 蓄热系统模型分析及改进

4.1 引言

4.2 蓄热系统热力学模型

4.3 蓄热系统模型改进分析

4.4 AA-CAES系统特性分析

4.5 本章小结

第5章 储气室热力学模型分析与改进

5.1 引言

5.2 储气室热力学模型分析

5.3 实例分析

5.4 结果与讨论

5.5 储气装置的分析与改进

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢