先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法与流程

1.本发明涉及新能源储能效率优化技术领域，具体涉及一种先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法。


背景技术：

2.近年来，能量短缺和环境污染等问题日益严重，传统的压缩空气储能系统需要内燃机供热，加剧了能源和环境压力。“空气能”是一种新型的清洁能源。压缩空气储能系统利用压缩机将电能转换为“空气能”压缩存储在储气装置内，再利用透平机将“空气能”转换为电能，能够清洁、安全地实现电能的存储和转移，在“双碳”领域具有良好的发展和应用前景。
3.先进绝热压缩空气储能系统仅需输入电能即可正常运行，相比于传统系统无需外部热源，能够长期可持续发展，主要应用于智能电网削峰填谷、频率调节、旋转备用、无功支撑、黑启动等场景，但效率较低，需要进一步优化设计。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述技术问题，提供了一种先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，能够有效提高先进绝热压缩空气储能系统的效率，减少碳排放量。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，包括以下步骤：s1，建立先进绝热压缩空气储能系统储能阶段、释能阶段及换热阶段的热力学分析模型；s2，基于能量守恒定律对所述先进绝热压缩空气储能系统的压缩比、透平比进行修正，得到所述先进绝热压缩空气储能系统的最优压缩比、透平比参数；s3，针对最高电-电效率目标确定所述先进绝热压缩空气储能系统的最优压缩级数、透平级数；s4，在最高电-电效率的条件下对所述先进绝热压缩空气储能系统进行导热油质量流量优化分配；s5，构建热电联产的效率优化设计策略。
7.所述先进绝热压缩空气储能系统包括多级压缩机、多级透平机、换热器、高温储油罐、低温储油罐和储气室。
8.所述先进绝热压缩空气储能系统包括两级压缩机和两级透平机。
9.步骤s1中，在所述储能阶段，所述先进绝热压缩空气储能系统第i级压缩机出口高温高压空气的温度为：
[0010][0011]
其中，下标c表示压缩机，和分别为第i级压缩机空气的出口和进口温度，为第i级压缩机的压缩比，和分别为第i级压缩机空气的出口和进
口压强，ηc为压缩机等熵效率，表示每台压缩机理想循环做功和实际做功之比，k为空气的绝热指数，
[0012]
第i级压缩机消耗的电功率为：
[0013][0014]
其中，w
c,i
为第i级压缩机消耗的电功率，rg为空气的气体常数，m
c,i
为流过第i级压缩机空气的质量流量，
[0015]
每级压缩比需要满足的乘积约束条件为：
[0016][0017]
其中，为储气室空气进口压强，
[0018]
考虑空气出口温度不超过换热器最高可冷却温度，每级压缩比的上下限约束条件为：
[0019][0020]
其中，
[0021]
步骤s1中，在所述释能阶段，第j级透平机空气出口温度为：
[0022][0023]
其中，下标t表示透平机，和分别为第j级透平机空气的出口和进口温度，和分别为第j级透平机空气的出口和进口压强，η
t
为透平机等熵效率，表示每台透平机理想循环做功和实际做功之比，
[0024]
第j级透平机发出的电功率为：
[0025][0026]
其中，w
t,j
为第j级透平机发出的电功率，β
t,j
为第j级透平机的透平比，m
t,j
为流过第j级透平机空气的质量流量。
[0027]
步骤s1中，在所述换热阶段，用换热器将热流体的部分能量传递给冷流体的设备，根据能量守恒定律，传热过程中热、冷流体的控制方程为：
[0028]
[0029]
其中，(mc
p
)
min
＝(m
hotcp,hot
,m
coolcp,cool
)
min
下标hot和cool分别表示热流体和冷流体，下标min表示取最小值，ε表示换热器的有效度，c
p
为流体的恒压比热容，
[0030]
储热阶段高温空气进入换热器冷却，热流体为空气，冷流体为蓄热介质，回热阶段则相反：低温空气进入换热器回热，热流体为蓄热介质，冷流体为空气，两阶段换热器空气出口温度均为：
[0031][0032]
其中，t表示温度，m表示质量流量，下标a和htf分别表示空气和蓄热介质。
[0033]
步骤s2具体包括：
[0034]
s21，将储能过程中消耗总电功率wc简化为压缩机空气进口温度、换热器蓄热介质进口温度和每级压缩比的函数：
[0035][0036]
得到修正后的最优压缩比组合为：
[0037][0038]
s22，将释能过程中释放总电功率w
t
简化为透平机空气进口温度、换热器蓄热介质进口温度和每级透平比的函数：
[0039][0040]
得到修正后的最优透平比组合为：
[0041][0042]
其中，a1＝ε(1+εη
t-η
t
)，a2＝(1-ε)(1+εη
t-η
t
)，为储气室出口温度。
[0043]
步骤s3中，目标电-电效率η
ese
定义为一个循环内释能阶段总输出的电能和储能阶段总消耗的比值，为：
[0044][0045]
其中，τ
dis
和τ
ch
分别为一个循环内系统的势能时间和储能时间，
[0046]
最优压缩级数、透平级数组合方式满足方程为：
[0047]
η
ese
(k,l)＝max(η
ese
(i,j))(1≤i≤m,1≤j≤n)
[0048]
其中，k和l分别为压缩级数和透平级数。
[0049]
步骤s4包括：保证所述先进绝热压缩空气储能系统长期可持续清洁运行，即所述先进绝热压缩空气储能系统所需的热能全部来自储能阶段的压缩热，高、低温导热油罐除换热期间均不额外添加导热油，导热油的质量流量满足：
[0050][0051]
低温导热油的温度为环境温度，而高温导热油的温度由每级压缩热和导热油的质量流量决定，为：
[0052][0053]
得到最高电-电效率的条件下每级透平换热导热油的质量流量方程为：
[0054][0055]
步骤s5中，供热效率η
hs
为一个循环内释能阶段系统总输出的热能和储能阶段总消耗的比值，为：
[0056][0057]
其中，wh表示热能，
[0058]
热电联产生产方式优化设计策略方程为：
[0059]
p
max
＝max(k1η
ese
+k2η
hs
)
[0060]
其中，k1和k2分别为电-电效率和供热效率当前收益比值。
[0061]
本发明的有益效果：
[0062]
本发明通过热力学分析建立了先进绝热压缩空气储能系统的详细具体的物理模型，并用实际系统数据进行分析，进而为系统在不同工况下提升效率的优化设计方法提供了充足的理论支撑；考虑先进绝热压缩空气储能系统实际可能运行时的变工况过程，提供和拓展了不同于传统的恒工况下等比压缩、透平方式的修正后效率优化的压缩、透平比设计策略；先进绝热压缩空气储能系统的主要功能是供电，本发明考虑了热电联产的运行方式，验证了最高电-电效率目标下压缩、透平级数组合方式在热电联产下的设计最优性，并给出了其在热电联产下的最优热电分配方式，具有最大的碳排放减少量和社会效益，因此，本发明实施例的方法能够有效提高先进绝热压缩空气储能系统的效率，减少碳排放量，并且可实施多工况运行，且充分满足政府、储能公司、用户聚合商等各方需求。
附图说明
[0063]
图1为本发明实施例的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法的流程图；
[0064]
图2为本发明一个实施例的先进绝热压缩空气储能系统的实际运行物理模型示意图；
[0065]
图3为本发明一个具体实施例的对先进绝热压缩空气储能系统的压缩比、透平比进行修正的流程图；
[0066]
图4为本发明一个实施例的环境温度变化下最优压缩比、透平比变化的结果示意图；
[0067]
图5为本发明一个实施例的压缩级数、透平级数组合方式对电-电效率的变化结果示意图；
[0068]
图6为本发明一个实施例的温导热油质量流量的分配对电-电效率的变化图；
[0069]
图7为本发明一个实施例的热电联产工况下不同压缩、透平级数组合方式下供热效率和电-电效率的关系图。
具体实施方式
[0070]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0071]
如图1所示，本发明实施例的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法包括以下步骤：
[0072]
s1，建立先进绝热压缩空气储能系统储能阶段、释能阶段及换热阶段的热力学分析模型。
[0073]
本发明一个实施例的先进绝热压缩空气储能系统的实际运行物理模型如图2所示，先进绝热压缩空气储能系统可包括多级压缩机、多级透平机、换热器、高温储油罐、低温储油罐和储气室。其中，图2中以先进绝热压缩空气储能系统包括两级压缩机和两级透平机为例。
[0074]
在储能阶段，先进绝热压缩空气储能系统第i级压缩机出口高温高压空气的温度为：
[0075][0076]
其中，下标c表示压缩机，和分别为第i级压缩机空气的出口和进口温度，单位为k，为第i级压缩机的压缩比，和分别为第i级压缩机空气的出口和进口压强，单位为mpa，ηc为压缩机等熵效率，表示每台压缩机理想循环做功和实际做功之比，k为空气的绝热指数，可取常数1.40。
[0077]
第i级压缩机消耗的电功率为：
[0078][0079]
其中，w
c,i
为第i级压缩机消耗的电功率，rg为空气的气体常数，约为0.287kj/(kg
·
k)，m
c,i
为流过第i级压缩机空气的质量流量，单位为kg/s。
[0080]
每级压缩比需要满足的乘积约束条件为：
[0081][0082]
其中，p
incav
为储气室空气进口压强。
[0083]
考虑空气出口温度不超过换热器最高可冷却温度，每级压缩比的上下限约束条件为：
[0084][0085]
其中，
[0086]
在释能阶段，第j级透平机空气出口温度为：
[0087][0088]
其中，下标t表示透平机，和分别为第j级透平机空气的出口和进口温度，和分别为第j级透平机空气的出口和进口压强，η
t
为透平机等熵效率，表示每台透平机理想循环做功和实际做功之比。
[0089]
第j级透平机发出的电功率为：
[0090][0091]
其中，w
t,j
为第j级透平机发出的电功率，β
t,j
为第j级透平机的透平比，m
t,j
为流过第j级透平机空气的质量流量。
[0092]
在换热阶段，用换热器将热流体的部分能量传递给冷流体的设备，根据能量守恒定律，传热过程中热、冷流体的控制方程为：
[0093][0094]
其中，(mc
p
)
min
＝(m
hotcp,hot
,m
coolcp,cool
)
min
下标hot和cool分别表示热流体和冷流体，下标min表示取最小值，ε表示换热器的有效度，约等于1，c
p
为流体的恒压比热容，单位为j/(kg
·
k)。
[0095]
储热阶段高温空气进入换热器冷却，热流体为空气，冷流体为蓄热介质，回热阶段则相反：低温空气进入换热器回热，热流体为蓄热介质，冷流体为空气，两阶段换热器空气出口温度均为：
[0096][0097]
其中，t表示温度，m表示质量流量，下标a和htf分别表示空气和蓄热介质。空气的恒压比热容约为1000j/(kg
·
k)，蓄热介质的恒压比热容一般大于空气。
[0098]
s2，基于能量守恒定律对先进绝热压缩空气储能系统的压缩比、透平比进行修正，得到先进绝热压缩空气储能系统的最优压缩比、透平比参数。
[0099]
如图3所示，步骤s2具体包括：
[0100]
s21，将储能过程中消耗总电功率wc简化为压缩机空气进口温度、换热器蓄热介质进口温度和每级压缩比的函数：
[0101][0102]
得到修正后的最优压缩比组合为：
[0103][0104]
s22，将释能过程中释放总电功率w
t
简化为透平机空气进口温度、换热器蓄热介质进口温度和每级透平比的函数：
[0105][0106]
得到修正后的最优透平比组合为：
[0107][0108]
其中，a1＝ε(1+εη
t-η
t
)，a2＝(1-ε)(1+εη
t-η
t
)，为储气室出口温度。
[0109]
s3，针对最高电-电效率目标确定先进绝热压缩空气储能系统的最优压缩级数、透平级数。
[0110]
目标电-电效率η
ese
是衡量先进绝热压缩空气储能系统性能的重要指标，定义为一个循环内释能阶段总输出的电能和储能阶段总消耗的比值，为：
[0111][0112]
其中，τ
dis
和τ
ch
分别为一个循环内系统的势能时间和储能时间。
[0113]
最优压缩级数、透平级数组合方式满足方程为：
[0114]
η
ese
(k,l)＝max(η
ese
(i,j))(1≤i≤m,1≤j≤n)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0115]
其中，k和l分别为压缩级数和透平级数。
[0116]
s4，在最高电-电效率的条件下对先进绝热压缩空气储能系统进行导热油质量流量优化分配。
[0117]
保证先进绝热压缩空气储能系统长期可持续清洁运行，即先进绝热压缩空气储能系统所需的热能全部来自储能阶段的压缩热，高、低温导热油罐除换热期间均不额外添加导热油，导热油的质量流量满足：
[0118][0119]
低温导热油的温度为环境温度，而高温导热油的温度由每级压缩热和导热油的质量流量决定，为：
[0120][0121]
得到最高电-电效率的条件下每级透平换热导热油的质量流量方程为：
[0122][0123]
s5，构建热电联产的效率优化设计策略。
[0124]
本发明实施例的先进绝热压缩空气储能系统具有单独供电和热电联产两种生产方式。
[0125]
考虑先进绝热压缩空气储能系统装机容量大，系统在为电网提供电能的同时，还可利用一部分低品质压缩热为周围用户提供80℃的热水。当牺牲一部分压缩热以提供热能时，高温导热油温度会降低，电-电效率随之降低，需要综合提高电-电效率和供热效率，实现利润最大化，其中供热效率η
hs
为一个循环内释能阶段系统总输出的热能和储能阶段总消耗的比值，为：
[0126][0127]
其中，wh表示热能。
[0128]
热电联产生产方式优化设计策略方程为：
[0129]
p
max
＝max(k1η
ese
+k2η
hs
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0130]
其中，k1和k2分别为电-电效率和供热效率当前收益比值。
[0131]
为了验证本发明实施例的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法的效果，采用某实际系统相应信息和参数进行算例分析。
[0132]
表1为某实际系统换热器有效度，表2为某实际系统压缩、透平机等熵效率，表3为压缩比对电-电效率的影响，表4为级数组合方式对电-电效率的影响，表5为供热效率对利润和碳排放的影响。
[0133]
表1
[0134][0135]
表2
[0136][0137][0138]
表4
[0139][0140]
表5
[0141][0142]
图4为本发明一个实施例的环境温度变化下最优压缩比、透平比变化的结果，由表3和图4可知，压缩比在一定范围内变化时，对电-电效率有一定的影响，对于超大装机容量系统，本发明的修正最优压缩、透平比是必要的。
[0143]
图5为本发明一个实施例的压缩级数、透平级数组合方式对电-电效率的变化结
果，由表4和图5可知，相比于压缩、透平比，不同的压缩、透平级数组合方式对电-电效率的影响更为可观，验证了针对最高电-电效率目标下的级数组合方式的合理性和推广应用能力。
[0144]
图6为本发明一个实施例的温导热油质量流量的分配对电-电效率的变化图，由图6可知，本发明实施例的导热油质量流量分配方程能够较好地节省油量，有效提高系统经济性和可持续循环能力。
[0145]
图7为本发明一个实施例的热电联产工况下不同压缩、透平级数组合方式下供热效率和电-电效率的关系图，由表5和图7可知，基于本发明实施例得出的热电联产运行工况具有良好的经济和社会效益。
[0146]
综上所述，根据本发明实施例的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，通过热力学分析建立了先进绝热压缩空气储能系统的详细具体的物理模型，并用实际系统数据进行分析，进而为系统在不同工况下提升效率的优化设计方法提供了充足的理论支撑；考虑先进绝热压缩空气储能系统实际可能运行时的变工况过程，提供和拓展了不同于传统的恒工况下等比压缩、透平方式的修正后效率优化的压缩、透平比设计策略；先进绝热压缩空气储能系统的主要功能是供电，本发明考虑了热电联产的运行方式，验证了最高电-电效率目标下压缩、透平级数组合方式在热电联产下的设计最优性，并给出了其在热电联产下的最优热电分配方式，具有最大的碳排放减少量和社会效益，因此，本发明实施例的方法能够有效提高先进绝热压缩空气储能系统的效率，减少碳排放量，并且可实施多工况运行，且充分满足政府、储能公司、用户聚合商等各方需求。
[0147]
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0148]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0149]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0150]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组
合。
[0151]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0152]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0153]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0154]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0155]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0156]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，建立先进绝热压缩空气储能系统储能阶段、释能阶段及换热阶段的热力学分析模型；s2，基于能量守恒定律对所述先进绝热压缩空气储能系统的压缩比、透平比进行修正，得到所述先进绝热压缩空气储能系统的最优压缩比、透平比参数；s3，针对最高电-电效率目标确定所述先进绝热压缩空气储能系统的最优压缩级数、透平级数；s4，在最高电-电效率的条件下对所述先进绝热压缩空气储能系统进行导热油质量流量优化分配；s5，构建热电联产的效率优化设计策略。2.根据权利要求1所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，所述先进绝热压缩空气储能系统包括多级压缩机、多级透平机、换热器、高温储油罐、低温储油罐和储气室。3.根据权利要求2所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，所述先进绝热压缩空气储能系统包括两级压缩机和两级透平机。4.根据权利要求2或3所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，步骤s1中，在所述储能阶段，所述先进绝热压缩空气储能系统第i级压缩机出口高温高压空气的温度为：其中，下标c表示压缩机，和分别为第i级压缩机空气的出口和进口温度，为第i级压缩机的压缩比，和分别为第i级压缩机空气的出口和进口压强，η
c
为压缩机等熵效率，表示每台压缩机理想循环做功和实际做功之比，k为空气的绝热指数，第i级压缩机消耗的电功率为：其中，w
c,i
为第i级压缩机消耗的电功率，r
g
为空气的气体常数，m
c,i
为流过第i级压缩机空气的质量流量，每级压缩比需要满足的乘积约束条件为：其中，为储气室空气进口压强，考虑空气出口温度不超过换热器最高可冷却温度，每级压缩比的上下限约束条件为：
其中，5.根据权利要求4所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，步骤s1中，在所述释能阶段，第j级透平机空气出口温度为：其中，下标t表示透平机，和分别为第j级透平机空气的出口和进口温度，和分别为第j级透平机空气的出口和进口压强，η
t
为透平机等熵效率，表示每台透平机理想循环做功和实际做功之比，第j级透平机发出的电功率为：其中，w
t,j
为第j级透平机发出的电功率，β
t,j
为第j级透平机的透平比，m
t,j
为流过第j级透平机空气的质量流量。6.根据权利要求5所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，步骤s1中，在所述换热阶段，用换热器将热流体的部分能量传递给冷流体的设备，根据能量守恒定律，传热过程中热、冷流体的控制方程为：其中，(mc
p
)
min
＝(m
hot
c
p,hot
,m
cool
c
p,cool
)
min
下标hot和cool分别表示热流体和冷流体，下标min表示取最小值，ε表示换热器的有效度，c
p
为流体的恒压比热容，储热阶段高温空气进入换热器冷却，热流体为空气，冷流体为蓄热介质，回热阶段则相反：低温空气进入换热器回热，热流体为蓄热介质，冷流体为空气，两阶段换热器空气出口温度均为：其中，t表示温度，m表示质量流量，下标a和htf分别表示空气和蓄热介质。7.根据权利要求6所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，步骤s2具体包括：s21，将储能过程中消耗总电功率w
c
简化为压缩机空气进口温度、换热器蓄热介质进口温度和每级压缩比的函数：
得到修正后的最优压缩比组合为：s22，将释能过程中释放总电功率w
t
简化为透平机空气进口温度、换热器蓄热介质进口温度和每级透平比的函数：得到修正后的最优透平比组合为：其中，a1＝ε(1+εη
t-η
t
)，a2＝(1-ε)(1+εη
t-η
t
)，为储气室出口温度。8.根据权利要求7所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，步骤s3中，目标电-电效率η
ese
定义为一个循环内释能阶段总输出的电能和储能阶段总消耗的比值，为：其中，τ
dis
和τ
ch
分别为一个循环内系统的势能时间和储能时间，最优压缩级数、透平级数组合方式满足方程为：η
ese
(k,l)＝max(η
ese
(i,j))(1≤i≤m,1≤j≤n)其中，k和l分别为压缩级数和透平级数。9.根据权利要求8所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，步骤s4包括：保证所述先进绝热压缩空气储能系统长期可持续清洁运行，即所述先进绝热压缩空气储能系统所需的热能全部来自储能阶段的压缩热，高、低温导热油罐除换热期间均不额外添加导热油，导热油的质量流量满足：低温导热油的温度为环境温度，而高温导热油的温度由每级压缩热和导热油的质量流量决定，为：
得到最高电-电效率的条件下每级透平换热导热油的质量流量方程为：10.根据权利要求9所述的先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，其特征在于，步骤s5中，供热效率η
hs
为一个循环内释能阶段系统总输出的热能和储能阶段总消耗的比值，为：其中，w
h
表示热能，热电联产生产方式优化设计策略方程为：p
max
＝max(k1η
ese
+k2η
hs
)其中，k1和k2分别为电-电效率和供热效率当前收益比值。

技术总结
本发明提供一种先进绝热压缩空气储能系统的效率优化方法，包括以下步骤：S1，建立先进绝热压缩空气储能系统储能阶段、释能阶段及换热阶段的热力学分析模型；S2，基于能量守恒定律对所述先进绝热压缩空气储能系统的压缩比、透平比进行修正，得到所述先进绝热压缩空气储能系统的最优压缩比、透平比参数；S3，针对最高电-电效率目标确定所述先进绝热压缩空气储能系统的最优压缩级数、透平级数；S4，在最高电-电效率的条件下对所述先进绝热压缩空气储能系统进行导热油质量流量优化分配；S5，构建热电联产的效率优化设计策略。本发明能够有效提高先进绝热压缩空气储能系统的效率，减少碳排放量。放量。放量。


技术研发人员：张伟 姚雨晨 李家斌 陆怀谷 张渊
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/21