压缩空气储能腔体稳定性数值模拟研究

发布时间：2020-04-09 16:33

【摘要】：随着我国经济的发展,电力需求不断增加,保障用电高峰期生活供电问题越来越受到重视。为满足越来越大的电力能源需求,同时减少对环境的影响,国家正在大力发展以清洁能源为基础的电力设施。然而,清洁能源发电具有间歇性,并网难度大。为此,国内外开始探索以盐穴为储气设施的压缩空气储能(CAES)技术。以金坛盐穴储气库为基础的盐穴压缩空气储能示范工程项目的实施,将填补我国在大规模压缩空气储电储能领域的空白。为了研究国内盐穴储能电站建设的可行性,本文开展了以下主要内容研究:1、从能量守恒和质量守恒角度得到绝热条件下,理想气体在以恒定质量流量注入腔体时,腔体内的压力在各个注采阶段均随着时间线性变化。2、在比较了国内盐矿地层条件与国外盐矿条件不同的基础上,考虑了埋深大、含夹层条件,结合储能库注频率高,压降速率大的特点,采用Ansys和FLAC~(3D)建立了模拟压缩空气储能库腔体稳定性的数值模拟模型。3、以金坛茅兴区块某井为例,通过数值模拟,分析了压力区间、夹层存在对腔体稳定性的影响。数值模拟结果显示运行30年后,腔体体积收缩率最大为3.13%,从体积收缩角度认为建站满足要求;当最小储气压力一定时,同样条件下,提高高压储气压力,评价腔体稳定性的各项指标趋好;双腔建站时相邻腔体之间井距与腔体直径的比例约在1.8以上,腔顶预留脖颈长度应为5m-10m之间。上述指标可为储能电站建设老腔筛选提供参考。4、分析国内盐矿条件下储气压力对腔体使用效率的影响,认为在国内盐矿条件下,储气压力范围较高时,储气压力比(高压储气压力与低压储气压力的比值)仅1.3,适当提高储气压力比,有利于提高腔体利用率。
【图文】：

图 1.1 亨托夫电站系统组成示意图Fig1.1 Main components of a CAES plant什电站电站于 1991 年建成投产，整个项目从设计建造到建电站储气库选址在阿拉巴马州麦金托什盐丘西南部m 的盐岩层，发电功率 110MW，可实现连续 41h 空夫电站不同之处在于，麦金托什电站在设计过程中为热器收集气体压缩过程中产生的余热，并用于气体关运行参数见表 1.1表 1.1 两座盐穴压缩空气储能电站相关参数对比表le1.1 Comparison of technical parameters of operating CAES 亨托夫电站 麦金率 0.42

空气绝热指数为1.40，则带入式（2.22）-式（2.25）中得到腔体内压力系数随时间变化关系如图2.1 所示，高压储气阶段，压力系数为低压储气的 1.52 倍。图 2.1 腔内压力系数随时间变化关系曲线Fig2.1 The relation curve of the pressure ratio of the cavity in the cavity with time由式（2.22）-式（2.25）可得到绝热条件下理想气体在稳定循环状态下腔内气体压力随时间的变化情况。在注气阶段，腔内气体温度随时间线性增加，并在注气阶段结束时达到最大值，在高压储气阶段，腔内气体温度和压力维持在最大值，进入采气阶段，腔内压力随时间呈指数下降趋势。压力变化引起的腔体周围岩石偏应力变化，这是盐岩岩石产生蠕变的直接影响因素，在一个注采过程中，腔内压力随时间变化情况如下：在注气阶段，由式（2.22）知，腔体压力随时间线性增加，在高压储气阶段，，腔内压力不随时间发生变化，在采气阶段，由式（2.24）知腔内压力随时间呈指数递减，但通过线性
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM619;TE972

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本文编号：2620994