先进压缩空气储能系统热力性能模拟研究

发布时间：2017-03-21 01:00

  本文关键词：先进压缩空气储能系统热力性能模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电力工业的高速发展,大电网、高负荷导致用电峰谷差日趋增大,风能、太阳能等间歇性可再生能源的并网冲击更使电网调峰问题日渐突出。先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)作为一种新型的大规模储能技术有助于解决调峰难题,且具有储能效率高、成本低、清洁零排放、可与可再生能源相结合等优点,在未来具有广阔的发展前景。本文从AA-CAES系统热力学建模、软件模拟、变工况特性分析、多系统比较等方面进行研究,以便为该技术的发展提供参考。本文首先针对AA-CAES系统的压气、膨胀、换热、蓄热及储气等环节建立热力学模型,并应用Aspen Plus软件模拟两级压缩、两级膨胀系统的热力性能及变工况特性。模拟结果表明：该系统热力性能良好,设计充放电效率为69.3%,且分配增压比使得各级空压机出口处温度相同或接近、平均分配各级透平膨胀比、维持储气室排气压力处于较高且合理的区问内、确保换热器的换热温差较小等措施有利于提高系统的充放电效率。为进一步提高系统充放电效率,本文设计了先进绝热压缩空气储能—太阳能联合系统(AA-CAES+CSP),并模拟其热力性能及变工况特性。研究结果表明：透平进气温度、总输出功率、充放电效率等参数随太阳能集热器热负荷的增大而升高,在本文设计工况下,充放电效率高达83.5%,较传统AA-CAES系统增长幅度较大。此外,本文设计增加了高、中、低温三罐梯级蓄热子系统和ORC余热发电子系统并模拟。定义能量效率、一次能源折合效率、电能折合效率等指标,从不同角度对比系统优劣,可知：在空压机总输入功率相同的条件下,采用三罐蓄热的先进绝热压缩空气储能—太阳能—余热发电联合系统(AA-CAES+CSP+ORC)的热能损失最小、热力性能最优,且可以保证系统中的低温换热工质供应充足。最后,本文对储气室内的空气压力、温度以及总储气量在储能及释能过程中的实时变化规律进行了理论公式推导,得知其与充放气质量流量、时间、多变指数、以及充放气过程前的状态参数等有关。计算了充放气时间、放气总理论功等指标,并定义储气室能量密度以评价储气室内高压空气的做功能力高低。该研究同样可用于CAES系统,对储气室的设计、系统压力参数的匹配以及系统优化运行具有十分重要的意义。
【关键词】：电力储能 压缩空气储能 太阳能联合系统 储能效率
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK02
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题背景及研究意义11-14
• 1.1.1 电力生产与储能11-13
• 1.1.2 储能技术简介13-14
• 1.2 压缩空气储能技术研究进展14-16
• 1.2.1 工作原理及系统主要设备14-15
• 1.2.2 技术发展现状15
• 1.2.3 技术现存问题15-16
• 1.3 本文的研究内容16
• 1.4 本文的章节安排16-18
• 第2章 先进绝热压缩空气储能系统18-40
• 2.1 系统工作原理18-19
• 2.2 系统建模19-24
• 2.2.1 压缩机——压气环节19-20
• 2.2.2 透平——膨胀环节20-21
• 2.2.3 换热器—换热环节21-22
• 2.2.4 蓄热罐——蓄热环节22-23
• 2.2.5 储气室——储气环节23-24
• 2.3 系统热力性能模拟24-30
• 2.3.1 基于Aspen Plus的模拟方法24
• 2.3.2 Aspen Plus模型及物性选择24-26
• 2.3.3 模拟计算与结果分析26-30
• 2.4 变工况特性研究30-39
• 2.4.1 空压机增压比30-33
• 2.4.2 透平膨胀比33-35
• 2.4.3 储气室排气压力35-36
• 2.4.4 换热器换热温差36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 先进绝热压缩空气储能—太阳能联合系统40-48
• 3.1 系统工作原理40-41
• 3.2 系统热力性能模拟41-43
• 3.2.1 Aspen Plus系统模型41
• 3.2.2 模拟计算与结果分析41-43
• 3.3 变工况特性研究43-45
• 3.4 系统效率评价指标45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 先进绝热压缩空气储能系统优化方案探讨48-55
• 4.1 高、中、低温三罐梯级蓄热子系统48-49
• 4.2 低温余热发电子系统49-50
• 4.2.1 有机朗肯循环发电原理49
• 4.2.2 有机工质的选择49-50
• 4.3 优化系统热力性能模拟50-54
• 4.3.1 Aspen Plus系统模型50
• 4.3.2 模拟计算与结果分析50-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 储气室充放气过程研究55-60
• 5.1 基本假设及主要公式55-56
• 5.2 储气室充气过程56-57
• 5.2.1 参数变化规律56-57
• 5.2.2 多变指数测定方法57
• 5.3 储气室放气过程57-59
• 5.3.1 参数变化规律57-58
• 5.3.2 总理论功及储气室能量密度58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第6章 全文总结与后续工作展望60-62
• 6.1 全文总结60-61
• 6.2 后续工作展望61-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 蔡茂林;;现代气动技术理论与实践 第二讲:固定容腔的充放气[J];液压气动与密封;2007年03期

2 李阳坡;;南方电网调峰情况分析及建议[J];中国高新技术企业;2012年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杨丽红;容器放气过程的数值模拟及热力学模型研究[D];上海交通大学;2007年

  本文关键词：先进压缩空气储能系统热力性能模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：258715