分布式微电网中压缩空气储能系统的动态建模

发布时间：2020-03-31 23:18

【摘要】：多能互补分布式电源的并存,已成为智能电网技术的主要特征,储能装置所具有的削峰填谷作用,亦使其在电网中的作用不可或缺。先进绝热压缩空气储能电站因具有高效率,不受地理环境限制,响应速度快,安全性高、零污染等优点,正越来越多地受到关注。论文以探索微电网中10MW先进绝热压缩空气储能系统(AA-CAES)运行中的动态特性为目标,依据热力学和流体动力学机理以及能量守恒、质量守恒方程等相关专业知识建立了先进绝热压缩空气储能系统中的压缩机、换热器、储气罐、透平机、热水罐等设备的数学模型,并在MATLAB仿真平台上,按模块化建模方式完成了系统相关程序编写和仿真模型建立;以TICC-500系统研究对象,通过模型常系数值设置,在MATLAB仿真平台建立了500kW级先进绝热压缩空气储能系统仿真模型,同时依据TICC-500电站实际运行数据,采用反演问题求解法求解出了该系统无法计算的相关参数,并且使用参数优化后的仿真模型模拟了TICC-500系统额定运行过程,仿真结果呈现的系统动态响应特性符合实际运行过程。基于该模型,依据中科院1.5MW示范电站相关运行数据,设置模型常系数值,在MATLAB仿真平台上进行了1.5MW级先进绝热压缩空气储能系统的仿真运行,仿真结果显示:系统动态响应特性与相关实验数据有较高吻合度,稳态运行时,仿真结果误差范围在±3%以内;根据该仿真模型进一步模拟了设计工况下的10MW先进绝热压缩空气储能系统实时运行过程,分析了该系统运行过程中各主要设备动态响应特性,探究了系统输入功率扰动过程中,AA-CAES系统储能阶段各设备动态响应特性的影响,以及为了达到需求的系统输出功率,系统释能阶段各设备动态响应特性的变化趋势。研究了释能阶段,在储气罐释放的空气质量流量发生波动时,各设备动态响应特性。研究结果表明:依据反演问题求解法能较准确的求解模型内无法通过计算得到的相关参数,建立的先进绝热压缩空气储能系统动态模型可靠性高,能够节约建模时间和降低建模难度。构建的仿真模型能够正确的反应系统动态响应特性,通过对系统相关动态响应特性和仿真结果分析,可为先进绝热压缩空气储能系统控制系统的设计提供基础以及未来包含先进绝热压缩空气储能系统的智能电网的运行调度提供参考。
【图文】：

示意图,储能技术

缺、电力系统运行效率低等诸多问题的出现，积极开发新能源，减少人能源的依赖，已成为业界和科技界研究的热门课题。储能装置作为微电组成部分，对未来可再生能源有效利用的实现起到着十分重要的角色。技术在我国的发展刚刚起步，但随着我国新电改方案的实施，新能源发微电网、新能源汽车等行业发展将不断提速，储能技术的应用将形成强势头。[1-4]储能技术主要应用于热量储存和电量储存。[5]当前的储能方式可分为储能、电化学储能、机械储能。不同的储能技术有着各自的特点，如果短时较大的脉冲功率场合，可选择超导电磁储能、超级电容器储能和飞这些储能技术能够有效的提高用户的用电质量，对电力系统低频振荡起提高电网运行稳定性等优点;如果需要提升电网运行调度能力、提高系能源消纳率、作为应急事故的后备电源等，，抽水储能、压缩空气储能和池储能将是不错的选择。下图为储能技术分类示意图

储能技术,装机容量,占比,政策

图 1-2 储能技术累计装机容量占比（来源：能源发展与政策能情况目前可再生能源大规模利用的重要技术之一，也性和经济性及分布式能源系统和智能电网的关直保持较快增长。根据美国能源部全 ergyStorageDatabase）2017 年更新数据显示全球67.24GW，其中抽水蓄能 161.23GW、储热 3.05化学储能 1.38GW、储氢 0.01GW[89].（如图 1-3）行的储能项目装机容量以抽水蓄能占比最大，约，中国成为装机容量位列第一的国家，日本和美2.1GW、28.5GW 和 24.1GW，共占全球装机总项目排名前 10 的主要是亚洲和欧洲国家[89]。（
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK02;TM727

【参考文献】