含压缩空气储能的CCHP系统设计与优化运行研究

发布时间：2020-08-07 20:35

【摘要】：随着全球能源危机和环境污染的持续加重,发展新能源和提高能源利用率已备受世人关注。然而,新能源虽发展迅速但受到波动性和随机性等不稳定性因素的影响,其并网利用仍存在诸多问题,导致我国西北地区弃风、弃光的浪费现象严重,压缩空气储能相比其他储能技术具有寿命长、容量大、选址灵活等优势,近年来国内外都取得了飞速发展,更因其压缩和膨胀过程具有天然的冷热电接口,可与传统的三联供系统通过多能互补的方式相结合,三联供系统本身能量梯级利用的原则就能极大的提高能源利用率,两者耦合后,合理的规划与运行策略可充分发挥两者的优势,降低成本、更加高效的利用能源。基于之前的研究,本文研究了一种含压缩空气储能的冷热电联供系统,将压缩空气储能系统与常规以内燃机为核心的三联供系统通过多种接口耦合,共同为向用户提供能量,同时电网和燃气锅炉等作为补充确保能源的供应充足。内燃机是系统的主要供能来源,压缩空气储能作为电网和内燃机两者的调峰设备,吸收电网富余的新能源或谷电进行充电,在用电峰值时段进行膨胀放电。建立了内燃机、换热器、压缩机和膨胀机等关键设备的数学模型,在模型基础上重点分析了两大子系统的冷热电输出特性,包括其输出的电热比、效率等,表明系统具有很宽的输出范围,可满足用户不同的负荷需求,为后期运行调节做好了理论铺垫。针对不同的供能来源组合,研究了系统的几种工作模式。系统做到全局优化,必须从建设时期设备选型开始,合适的设备型号容量是运行优化的基础,同时会制约后期的运行优化,而后期运行控制策略的不同也会对系统的设备有所要求和影响,这是一类多时间尺度优化问题,对此,本文采用双层优化方法来进行优化求解,通过设置不同层级的优化函数来解决前后期的矛盾,全局目标具有更高的优先级,在此基础上进行下层运行的寻优。本文结合算法发展水平和实际需求,编写双层优化算法,上层以现有内燃机产品、压缩空气储能容量和电网最大输入功率为变量,下层采用遗传算法优化输出。最后,在能量模型和所编算法基础上,给出了系统经济性分析的双层优化模型,上层以包含设备成本和运行时各种成本的整体投资为优化目标,下层以运行时的成本为目标函数。以北京市某酒店的负荷数据为例进行了模型和算法的分析研究,结果表明,上下层要求的最优容量配置不同,此时以上层最优值为准,确定上层最优容量后,可自上而下得到此时的下层最优运行方案,与其他既定控制策略的供能系统相比本相同具有明显的经济优势,本文所做工作对算法研究和实际工程建设都具有重要的参考意义。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK02;TM73
【图文】：

供能系统

损耗■逡逑图１－３传统供能系统逦图１－４冷热电联供系统逡逑与传统供能系统发电效率一般只有３０％左右（图１－３），大量的热能随着烟逡逑气和缸套水浪费掉，造成了极大的能源浪费，冷热电联供系统利用换热器等余热逡逑回收装置将原本废弃的热量回收用于供热或制冷，可以极大的提高系统的整体效逡逑率，系统热效率可达８０％邋（图１－４）。逡逑２逡逑

联供,供能系统

％逡逑损耗■逡逑图１－３传统供能系统逦图１－４冷热电联供系统逡逑与传统供能系统发电效率一般只有３０％左右（图１－３），大量的热能随着烟逡逑气和缸套水浪费掉，造成了极大的能源浪费，冷热电联供系统利用换热器等余热逡逑回收装置将原本废弃的热量回收用于供热或制冷，可以极大的提高系统的整体效逡逑率，系统热效率可达８０％邋（图１－４）。逡逑２逡逑

储能,压缩空气,电站,储能技术

随着可再生能源发电的不断发展，其间歇性、波动性等缺点也给电网的可靠逡逑稳定带来了巨大的冲击，使电网承受严峻的考验规模化的电能存储是逡逑决这一问题的重要手段之一２０１４年１１月，国务院办公厅印发“能源发逡逑略行动计划”，首次将储能作为“９个重点创新领域”和“２０个重点创新方逡逑之一写入到国家级能源规划文件，其战略地位得到了进一步提升。逡逑１９４９年Ｓｔａｌ邋Ｌａｖａｌ首次提出使用压缩空气储能，此后这一新的储能技术便受逡逑广泛的关注，德国在１９７８年建成世界上第一座商业化运行的压缩空气储能逡逑Ｈｕｎｔｏｒｆ，发电功率２９０ＭＷ，美国在１９９１年建设了邋１１０ＭＷ的ＭｃＩｎｔｏｓｈ压逡逑气储能电站并投入商业化运行，这两座成功运行的压缩空气电站都属于补燃逡逑缩空气储能，仍需要燃烧天然气。２０１０年美国ＳｕｓｔａｉｎＸ公司提出等温压缩逡逑储能技术，这一技术可有效减少整个过程中的热量损失，提高整体效率。英逡逑在研究液态空气储能技术，此外，法国、以色列及日本等国家也都在压缩空逡逑技术方面取得了一定的进展。逡逑

【参考文献】