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压缩空气储能系统释能环节轴系建模与振荡分析

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储能科学与技术 2022年第2期11卷 563-572页

作者：刘迪张甜甜彭宇维唐晓梅王丹毛承雄华中科技大学电气与电子工程学院湖北武汉430074

压缩空气储能系统因其具有容量大、寿命长、响应快和调节灵活的特点,有着广阔的应用前景。压缩空气储能的释能环节作为气体压力能向机械能转化并最终产生电能的中间环节,其轴系建模与稳定机理与传统发电机组、风力机组、微型燃气轮机等... 详细信息

压缩空气储能系统因其具有容量大、寿命长、响应快和调节灵活的特点,有着广阔的应用前景。压缩空气储能的释能环节作为气体压力能向机械能转化并最终产生电能的中间环节,其轴系建模与稳定机理与传统发电机组、风力机组、微型燃气轮机等均存在不同之处。为了研究压缩空气储能系统的轴系振荡特性以进一步分析储能并网后电力系统的稳定性问题,重点介绍了一种典型的四级膨胀压缩空气储能系统释能环节结构,建立了其轴系分段集中质量弹簧模型,并推导了相应的轴系标幺模型。对一个10 MW级压缩空气储能系统进行了轴系固有特性分析,得到了其固有振荡频率和振荡模态,并从电网侧和膨胀机侧分别进行了轴系稳定性分析。基于轴系振荡特性,将系统潜在振荡形式分为冲击性振荡、次同步振荡和超同步振荡三类,对各类振荡形式进行了机理分析和仿真验证,仿真结果表明,CAES释能环节轴系存在多种潜在振荡形式,并根据各类振荡的特性提出了对应的抑制策略。

关键词：压缩空气储能系统电力系统稳定性轴系振荡模态振荡形式抑制策略

与生物质气化联合循环系统耦合的压缩空气储能系统性能分析

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中国电机工程学报 2023年第19期43卷 7569-7579页

作者：薛小军胡刚刚陈衡吕佳阳徐钢杨志平姜雪热电生产过程污染物监测与控制北京市重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院辽宁省沈阳市110000

为提高压缩空气储能系统的性能,该文提出一种生物质气化联合循环系统与压缩空气储能系统集成的新方案。储能过程中,利用联合循环系统的给水冷却高温压缩空气。释能过程中,在联合循环系统中的余热锅炉部分布置旁路烟道。来自储气罐的压... 详细信息

为提高压缩空气储能系统的性能,该文提出一种生物质气化联合循环系统与压缩空气储能系统集成的新方案。储能过程中,利用联合循环系统的给水冷却高温压缩空气。释能过程中,在联合循环系统中的余热锅炉部分布置旁路烟道。来自储气罐的压缩空气经旁路烟道加热后,直接通入至联合循环系统的燃烧室。该耦合方案采用能量梯级利用的原理,可以实现系统效率的提升;同时还可以节省常规压缩空气储能系统中的蓄热罐、蓄冷罐和膨胀机等设备。采用Ebsilon软件对耦合系统进行模拟,并对耦合系统进行热力学分析和经济性分析。结果表明:新方案中压缩空气储能系统的循环效率和能量密度分别为86.14%和7.48MJ/m^(3),整个集成系统的总效率为37.20%。此外,新方案的动态投资回收期为3.73年,净现值为89.65万元。该研究为提高压缩空气储能系统的性能提供了新的技术选项。

关键词：压缩空气储能系统生物质气化联合循环系统系统集成热力学分析经济性分析

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共享设备的恒压喷水压缩空气储能系统性能

热能动力工程 2023年第3期38卷 158-163页

作者：吕浩男陈亚平吴嘉峰东南大学能源与环境学院江苏南京210096

提出一种新型恒压喷水压缩空气储能系统,利用废弃煤矿等地下洞穴,在水下布置尼龙布管储存压缩空气,形成以地下洞穴为下库,地面水池为上库的水力辅助恒压压缩空气储气体系;膨胀与压缩过程采用单级多缸随转式膨胀压缩两用机实现,导热油蓄... 详细信息

提出一种新型恒压喷水压缩空气储能系统,利用废弃煤矿等地下洞穴,在水下布置尼龙布管储存压缩空气,形成以地下洞穴为下库,地面水池为上库的水力辅助恒压压缩空气储气体系;膨胀与压缩过程采用单级多缸随转式膨胀压缩两用机实现,导热油蓄能和放能过程采用共享设备原路返回方案。通过建立系统的热力学模型,分析了在空气入口处喷水控制压缩空气出口温度,以及由地下洞穴深度确定的压缩段出口空气压力,环境温度等因素对系统性能的影响。分析表明:在压缩机出口压力及温度为10 MPa和320℃、环境温度25℃、换热端差10℃和膨胀压缩两用机等熵效率0.85的工况条件下,储能系统转换效率达到66.6%。

关键词：压缩空气储能系统膨胀压缩两用机喷水压缩空气温差储罐恒压储气

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压缩空气储能系统

流体传动与控制 2014年第2期 56-58页

作者：张国贤上海大学上海200444

1储能装置是智能电网的关键设备　　由于白天与夜晚用电负荷的差别，调峰成为电网公司的核心任务。在光伏发电及风电等可再生能源迅速发展的今天，电网调峰矛盾日趋突出。尤其是风电，通常夜晚风力大于白天，处于用电低谷的夜晚输出的... 详细信息

1储能装置是智能电网的关键设备　　由于白天与夜晚用电负荷的差别，调峰成为电网公司的核心任务。在光伏发电及风电等可再生能源迅速发展的今天，电网调峰矛盾日趋突出。尤其是风电，通常夜晚风力大于白天，处于用电低谷的夜晚输出的风电往往不受电力公司欢迎，目前我国大都数风电场存在严重的夜晚弃风现象，致使风电设备利用率相当低下。

关键词：压缩空气储能系统调峰电网公司液压蓄能器液压元件储能方式液压泵活塞式压缩机活塞压缩机

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与燃煤电站耦合的压缩空气储能系统性能分析

动力工程学报 2022年第9期42卷 835-842,880页

作者：薛小军李云飞田煜昆彭程陈衡徐钢陈宏刚王修彦华北电力大学热电生产过程污染物监测与控制北京市重点实验室北京102206 河北建投能源投资股份有限公司石家庄050000

为提高压缩空气储能系统的整体性能,以燃煤电站回热系统为基础,提出一种将压缩空气储能系统与燃煤电站耦合的方案。在储能过程中,采用燃煤电站回热系统的给水冷却压气机出口的压缩空气;在释能过程中,膨胀机入口的压缩空气被回热系统的... 详细信息

为提高压缩空气储能系统的整体性能,以燃煤电站回热系统为基础,提出一种将压缩空气储能系统与燃煤电站耦合的方案。在储能过程中,采用燃煤电站回热系统的给水冷却压气机出口的压缩空气;在释能过程中,膨胀机入口的压缩空气被回热系统的给水加热,同时采用给水回收膨胀机排气的热量。以某630 MW燃煤电站为研究对象,对新型压缩空气储能系统进行了能量分析、[火用]分析和经济性分析。结果表明:通过系统耦合,不仅可以提高压缩空气储能系统的性能,同时可以省去常规压缩空气储能系统的蓄热设备,耦合系统具有良好的可行性,其循环效率和[火用]效率分别为63.28%和79.02%,动态投资回收期为7.06 a,净现值可达1449.65万元。

关键词：燃煤电站压缩空气储能系统能量分析 [火用]分析经济性分析

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压缩空气储能系统模型预测控制

控制理论与应用 2021年第12期38卷 1935-1946页

作者：徐晴晴宋凯中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

压缩空气储能作为一项新型物理储能技术,利用模型预测控制可降低热力成本、提高能源利用效率.为实现压缩空气储能系统的温度控制,分析了压缩空气储能系统中的换热器系统、热能存储系统和盐穴储气系统的热力学特性,建立压缩空气储能系统... 详细信息

压缩空气储能作为一项新型物理储能技术,利用模型预测控制可降低热力成本、提高能源利用效率.为实现压缩空气储能系统的温度控制,分析了压缩空气储能系统中的换热器系统、热能存储系统和盐穴储气系统的热力学特性,建立压缩空气储能系统的集中参数和分布参数耦合系统模型.设计耦合系统的模型预测控制策略,针对控制器中复杂约束优化求解问题,提出了基于Cayley-Tustin变换的离散化方法,提高了压缩空气储能系统控制精度.仿真结果表明模型预测控制可避免天气变化引起的干扰,可以有效提高压缩空气储能系统热能利用.

关键词：压缩空气储能系统分布参数系统建模模型预测控制

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压缩空气储能系统动态特性及其调节系统

中国电机工程学报 2020年第7期40卷 2295-2305页

作者：李盼杨晨陈雯文贤馗钟晶亮邓彤天重庆大学能源与动力工程学院重庆市沙坪坝区400044 贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州省贵阳市550002

压缩空气储能技术(compressed air energy storage,CAES)因其环境污染小、储能规模大、投资成本低等优势受到广泛关注,并向着高参数、大储能容量方向发展。然而,由于我国研究起步晚,大型CAES技术至今尚未投入商业化运行,对CAES动态特性... 详细信息

压缩空气储能技术(compressed air energy storage,CAES)因其环境污染小、储能规模大、投资成本低等优势受到广泛关注,并向着高参数、大储能容量方向发展。然而,由于我国研究起步晚,大型CAES技术至今尚未投入商业化运行,对CAES动态特性缺乏深入认识,严重阻碍了系统设计与调控技术的发展,限制了CAES的发展及普及。基于模块化建模思想及APROS平台,建立了先进压缩空气储能系统(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)的动态数学模型。分析该系统储能、释能阶段的动态特性;建立了并网调速系统控制模型,通过典型扰动下的响应分析,获得优化的控制策略。所建模型及研究结果为CAES动态特性的深入认识、系统设计和调控提供了有效的分析工具和数据参考,对推进AA-CAES的应用和普及具有实际意义。

关键词：压缩空气储能系统一次调频冲转过程并网过程功率调节

基于气动马达的微型压缩空气储能系统的试验研究

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储能科学与技术 2023年第6期12卷 1854-1861页

作者：许永红吴玉庭张红光杨富斌王焱北京工业大学北京100124

压缩空气储能具有寿命长、成本低、环境污染小等优点而备受关注,然而压缩空气储能系统存在能量密度和效率低的问题,本工作提出了气动马达并联工作模式以提高压缩空气储能系统的输出功率、能量转换效率和经济性。通过对比分析了在气动马... 详细信息

压缩空气储能具有寿命长、成本低、环境污染小等优点而备受关注,然而压缩空气储能系统存在能量密度和效率低的问题,本工作提出了气动马达并联工作模式以提高压缩空气储能系统的输出功率、能量转换效率和经济性。通过对比分析了在气动马达并联工作和单独工作时,关键参数变化对气动马达输出功率、经济性和能量转换效率的影响规律。为了将微型压缩空气储能系统的膨胀机和压缩机一体化,本工作研究了气动马达正转和反转的性能。气动马达既作为膨胀机又作为压缩机,可以双模式运行,提高设备的利用率,降低压缩空气储能系统的成本。与可再生能源发电相结合的应用场景中,变工况运行是压缩空气储能系统面临的一个关键问题。以储气罐压力变化和负荷需求波动为代表的多种变工况条件在系统运行过程中常常同时存在,本工作在变工况条件下,通过试验研究了关键因素对压缩空气储能系统性能的影响情况。试验结果表明,采用气动马达并联工作模式可以提高压缩空气储能系统的输出功率、能量转换效率和经济性。当进气压力为10.5 bar(1 bar=100 kPa)时,气动马达和发电机输出功率的最大值约为660 W和380 W。

关键词：压缩空气储能系统气动马达并联模式输出功率

一种压缩空气与抽水蓄能耦合的新型储能系统及热力学分析

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西安交通大学学报 2022年第4期56卷 40-49,71页

作者：李丞宸贺新陶飞跃王焕然西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

提出一种压缩空气与抽水蓄能耦合的新型储能系统,包括压缩空气部分(CAES)和抽水压缩空气部分(PHCA),可实现压力能的梯级利用,改善两部分的各自运行工况,具有较高的电-电转化效率,同时也为浅层废弃隧道及洞穴利用提供了新途径。针对该系... 详细信息

提出一种压缩空气与抽水蓄能耦合的新型储能系统,包括压缩空气部分(CAES)和抽水压缩空气部分(PHCA),可实现压力能的梯级利用,改善两部分的各自运行工况,具有较高的电-电转化效率,同时也为浅层废弃隧道及洞穴利用提供了新途径。针对该系统的结构特点,首先对系统进行了热力学分析,分析表明:新型系统的电-电转化效率为53.82%,能量转化效率为41.06%;PHCA部分具有较高的效率,CAES部分具有较高的容量和储能密度。随后,对能量运转较为复杂的CAES部分进行了分析,结果表明:CAES部分的主要输入能量来自于压缩机(76.05%),最大损失发生在高压储气空间的节流(23.33%)和蓄热器的蓄热(22.9%)过程。最后,对该系统进行了敏感性分析,结果表明:增加两储气空间的压力差和提升再热温度均可以提升系统的性能,而提升再热温度的收益最大,系统的电-电转化效率最高可达77%。

关键词：压缩空气储能系统抽水蓄能热力学分析可再生能源