考虑多热源协同互补的压缩空气储能系统容量配置及经济效益分析

作     者：于一凡 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔杨

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：供热期 先进绝热压缩空气储能 容量配置 容量电价 经济性分析 

摘      要：为促进工业领域合理、高效、绿色用能,早日实现双碳目标,我国亟需优化能源结构,加速可再生能源并网、减少传统化石能源的开采和利用。然而,可再生能源发电充满不确定性及反调峰特性,正常状态下很难完全消纳,弃风现象时常出现,此现象在冬季供热期尤为严重。在风电资源丰富的三北地区,供热季长达半年以上,系统中存在大量热电联产式火电机组用于满足用户的供暖需求,但其自身存在的以热定电约束导致其在供热的同时,会不可避免的产出多余电能来挤占风电的上网空间。 热电联产机组供热占比过高、强制以热定电是导致弃风频繁的主要原因。为此,本文结合先进绝热压缩空气储能的运行特性,引入太阳能集热模块和电锅炉作为外扩热源,从而缓解热电联产机组的供热压力,同时在压缩机入口处增设预热模块、构建出多热源协同互补的先进绝热压缩空气储能系统架构,分析其供热可行性。一方面针对该系统建立优化配置模型,确保储能在经济性最优的前提下能够更好的配合热电联产机组,协调风电场等调度资源。另一方面为进一步探究所配置储能的经济性,对比分析现有储能的定价策略,建立两部制电价收益模型,给出最贴合压缩空气储能特性的运营模式,并通过经济学指标评估定价策略的可靠性。 首先,本文分析了先进绝热压缩空气储能的运行特性,同时研究储能内部深层的多能耦合效应,构建各部件数学模型,并充分探究外部扩展多热源协同互补的可行性,评估增设热源前后储能蓄热模块的供热水平,构建外扩多热源的先进绝热压缩空气储能系统架构,为建立多热源协同互补的先进绝热压缩空气储能系统容量配置模型提供理论依据。 其次,构建考虑多热源协同互补的含先进绝热压缩空气储能系统容量配置模型,以经济性最优为目标,对所提模型进行求解,计算总运行成本最优时储能各模块配置容量及参与供热占比,进一步探究配置单一外扩热源与多热源时储能容量的变化情况,验证多热源协同互补的优势所在。将引入本文所提模型的场景与传统场景在供热期与非供热期的运行成本进行对比,计算出供热时长对系统盈亏情况产生的影响,并结合政府补贴政策给出建设后可盈利的硬性条件。 最后,构建考虑两部制电价的压缩空气储能系统收益模型,以系统总运行成本最低和储能收益水平最高为目标,综合考虑系统功率约束、火电机组约束、储能运行约束等,对不同电量电价时储能系统的各项经济性指标进行灵敏性分析,并与峰谷套利模式下单一电量电价的收益情况进行对比,通过NSGA-Ⅱ算法进行算例仿真,验证所提模型的有效性。