典型压缩空气蓄能系统性能分析与优化

摘要

随着世界范围内能源需求的日渐增长，可再生能源和核能等的大规模发展对电网的调节能力提出了更高的要求;加之现阶段电网的调峰手段相对有限，难以满足不确定的电力需求。储能技术作为电力生产的中间环节，能够起到关键的支撑作用，未来发展储能技术势在必行。
　　作为一种大规模储能技术，压缩空气蓄能(CAES)技术以其单机容量大、负荷适应性好、选址灵活、环境污染小、安全系数高等独特优势成为国内外备受关注的研究热点。近年来，中国风电的发展尤其迅猛，随之而来的“弃风”问题也日益严重。由于CAES技术良好的负荷适应特性，能够有效发挥“削峰填谷”的作用，并能与新能源相互促进、共同发展，是极其适合在我国发展的储能技术。
　　本文以典型CAES电站为研究对象，通过AspenPlus模拟德国Huntorf290MWCAES电站的运行流程，分析计算电站的各项性能指标，并通过开展(娴)分析，指出典型CAES系统的改造潜力。在此基础上，首先引入回热过程对系统进行流程优化，进一步，模拟分析关键热力学参数的变化对优化前后系统性能的影响，并通过比较，给出在模拟范围内系统的最优运行工况。最后，综合得出典型CAES系统优化措施的选取原则，最大程度地提升系统性能。
　　此外，本文针对中国的具体国情，提出一种与之相适应的新型混合燃料型CAES系统。在典型CAES电站系统的基础上，首先，基于中国的能源结构特点，新系统选取煤为燃料，代替部分天然气，同时在装置上增加两个外燃式加热器;其次，选取参数较高的燃气透平以获取更好的系统性能;最后，同样引入回热过程，提高系统的热量利用效率。分析结果显示，新型混合燃料型CAES系统的(火)效率可达62.43％，大约比第一代CAES系统高20％，表现出了良好的热力学性能。同时，本文还开展了针对新系统的技术经济分析和敏感性分析。经过计算，新型CAES系统的发电成本为0.616RMB/kWh，若峰值电价超过0.7RMB/kWh，新系统在中国电力市场有相当强的竞争力。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 CAES技术简介

1．2．2 国外研究现状及动态

1．2．3 国内对于CAES技术研究的进展

1．2．4 CAES技术的应用及发展前景

1．3 本文主要研究内容

第2章 模拟分析典型CAES电站的热力学性能

2．1 概述

2．2 案例描述

2．2．1 电站概况

2．2．2 电站各组成部分分析

2．3 流程模拟

2．4 CAES系统性能及评价

2．4．1 模拟结果及性能

2．4．2 系统性能及存在的问题

2．5 本章小结

第3章 电站系统流程优化与参数优选

3．1 CAES系统的流程优化

3．1．1 优化方案提出-回热的引入

3．1．2 优化前后系统的性能对比

3．1．3 优化前后系统(火用)分析对比

3．2 CAES系统关键参数的优选与热力学规律研究

3．2．1 提高T1的影响

3．2．2 提高T2的影响

3．2．3 提高p的影响

3．3 不同措施的比较及最优方案的选取

3．3．1 各种优化措施对于性能提升的比较

3．3．2 最优方案的选取

3．4 本章小结

第4章 新型混合燃料CAES系统设计算例

4．1 概述

4．2 中国的能源结构与技术特点

4．2．1 中国能源结构分析

4．2．2 风能资源富集地区的工业状况

4．3 新型CAES系统的设计

4．3．1 系统模拟

4．3．2 性能评价

4．4 (火用)分析

4．5 技术-经济性分析

4．5．1 CAES电站的基本参数

4．5．2 经济数据

4．5．3 敏感性分析

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

硕士学位论文科研项目背景

致谢