基于最优动态功率补偿的先进绝热压缩空气储能一次调频控制策略

随着大规模新能源接入电网,新型电力系统“低惯量、弱支撑”特征凸显,电网频率调节资源日益稀缺,系统频率稳定问题愈发严峻。先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具有容量大、寿命长等优势而受到广泛关注,但由于其储能和释能过程涉及气-热动态耦合过程,调频特性较为复杂,调频潜力还有待挖掘。因此,首先建立AA-CAES系统全工况动态仿真模型,进而基于期望频率动态曲线设计AA-CAES系统调频传递函数,优化目标传递函数关键参数,实现AA-CAES最小动态功率补偿下满足系统频率调节需求。最后通过仿真实验,验证了所提控制策略可优化AA-CAES调频容量的同时减小系统的稳态频率偏差与频率超调量,显著改善频率响应特性,为建设电网友好型AA-CAES电站提供技术支撑。

基于先进绝热压缩空气储能站的电-热综合能源系统优化运行方法

为加强先进绝热压缩空气储能(Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage,AA-CAES)与综合能源系统(Integrated Energy Systems,IES)的多能互补协同,提高系统运行效率,文中提出了一种含AA-CAES能源站的电-热综合能源系统优化运行方法。构建了含AA-CAES能源站的IES基本调度架构,详细分析了AA-CAES装置在压缩和膨胀工况下的储热、换热及供热等特性,建立了AA-CAES电热联供联储运行模型;基于热网管道传热延迟和损耗等动态特性,建立了考虑供热网储热惯性的热网方程;在此基础上,考虑了用户侧可调度资源,提出了计及综合需求响应的含AA-CAES能源站的IES日前优化运行模型;在修改的IEEE 33节点配电网和巴厘岛32节点区域供热网进行算例分析。仿真结果表明,所提方法可有效降低IES运行成本,提高IES可再生能源消纳能力。

面向工程应用的先进绝热压缩空气储能模型及先进㶲分析

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage system,AA-CAES)仿真建模及分析是其工程实践的基础。然而,目前模型一般基于理想工况建立,分析结果与实际工况相偏差较大,无法指导工程应用。为此,在传统热力学模型基础上,考虑了空气流动阻力损失和能量转换设备损耗等因素,建立了面向工程应用的AA-CAES模型并以200MW盐穴AA-CAES系统为例进行了分析。同时,对系统效率分析方法进行改进并对其进行了先进㶲分析。结果表明,空气管道㶲损失占总㶲损失比例接近7%,能量转换设备损耗导致电-电效率比轴功效率低5%,二者对系统性能影响较大,在进行工程设计时不可以忽略。系统各部件可避免㶲损失占比均较大,表明系统具有较大的性能提升潜力。各部件㶲损失为其内部㶲损失,与其他部件是否工作在最佳状态关系不大。

耦合光热发电储热-有机朗肯循环的先进绝热压缩空气储能系统热力学分析

先进绝热压缩空气储能是一种储能规模大、对环境无污染的储能方式。为了提高储能系统效率,本工作提出了一种耦合光热发电储热-有机朗肯循环的先进绝热压缩空气储能系统(AA-CAES+CSP+ORC)。该系统中光热发电储热用来解决先进绝热压缩空气储能系统压缩热有限的问题,而有机朗肯循环发电系统中的中低温余热发电来进一步提升储能效率。本工作首先在Aspen Plus软件上搭建了该耦合系统的热力学仿真模型,随后本工作研究并对比两种聚光太阳能储热介质对系统性能的影响,研究结果表明,导热油和太阳盐相比,使用太阳盐为聚光太阳能储热介质的系统性能更好,储能效率达到了115.9%,往返效率达到了68.2%,[火用]效率达到了76.8%,储电折合转化系数达到了92.8%,储能密度达到了5.53 kWh/m^(3)。此外,本研究还发现低环境温度、高空气汽轮机入口温度及高空气汽轮机入口压力有利于系统储能性能的提高。

先进绝热压缩空气储能系统的优化研究

余热是限制先进绝热压缩空气储能系统效率提高的主要原因之一。为提高压缩空气储能系统的效率,以某100 MW压缩空气储能系统为对象,研究减少和利用系统余热的方案。通过软件模拟计算,分析提高膨胀机进气温度对系统的影响,以及耦合有机朗肯循环系统发电对系统发电效率的提升。结果表明,在现有系统的基础上,膨胀机进气温度每提高5℃,发电量约提升1.25%,但存在诸多问题;而耦合有机朗肯循环系统,可以充分利用系统余热,提高系统发电效率,净发电功率最高增加686.33 kW。

先进绝热压缩空气储能技术研究进展及展望

作为一种清洁物理储能技术，先进绝热压缩空气储能（advanced adiabatic compressed air energy storage system，AA-CAES）具有优良的辅助服务特性、多能联供联储能力，可为清洁能源的高效消纳注入新活力。该文直面AA-CAES技术在智能电网和综合能源系统的应用，在分析AA-CAES电站优良的动态特性的基础上，梳理AA-CAES电站建模、能效提升、运行规划及市场运营等方面的研究现状，指出当前研究瓶颈，明确后期应用研究的重点。希望能为智能电网和综合能源系统的AA-CAES技术相关研究提供参考，指导其应用推广。

恒壁温储气模型下先进绝热压缩空气储能系统性能分析

为更准确地计算先进绝热压缩空气储能系统的性能参数并探究循环过程中储气室内温度、压力变化情况,基于热力学第一定律与理想气体方程,提出更切合实际的恒壁温储气模型,构建整个储能系统热力学模型。基于此模型,在给定的空气压缩机与透平功率下,对系统性能进行了计算;分析了储气压比、储释能间隔时间等参数对系统性能的影响;直观地揭示了循环过程中储气室内温度、压力随时间变化情况。结果表明:等幅增大储气压比与降低储气压比差可提高系统循环效率,只提高最大储气压比会使效率下降;随对流换热系数增大,压缩功增大,膨胀功与循环效率出现"拐点";储释能间隔时间增大会降低系统效率,当对流换热系数较小时,对该时间的选择还应考虑储气参数的循环稳定性。

基于改进粒子群优化算法的先进绝热压缩空气储能系统参数优化

压缩空气储能技术是一种高效、环保的大规模储能技术,在可再生能源并网和电网调峰领域有广泛应用。为了提高压缩空气储能系统的储能效率,对系统建立了热力学模型,研究了系统运行参数对系统性能的影响,并采用改进粒子群算法对多个运行参数进行优化。研究结果表明:随着储气室最低压力的升高,储能效率先升高后降低,储气过程压力升高幅度和储气室对流换热系数的增大会使储能效率降低;通过改进粒子群优化算法,储能效率最高可以达到0.699 45;优化算法具有较好的全局收敛性和较高的精确度。

考虑先进绝热压缩空气储能的风力发电系统成本/供电可靠性评估

风电的随机性会使得电力系统受到影响,先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)技术具有大容量、低成本、高效率的特性,可作为平衡风力发电随机性的储能系统。为此,首先,考虑风力发电的随机性与AA-CAES电站的运行特性,构建AA-CAES电站运行与风力发电系统发电功率模型,采用蒙特卡洛仿真法对风力发电机的运行情况进行仿真;然后,将用户作为市场元素,计算可中断供电负荷的赔偿费用,并以系统综合成本与断电赔偿费用之和的总费用最小为目标,采用动态规划法优化AA-CAES电站的压缩/膨胀功率,建立含AACAES的风力发电系统的成本/可靠性评估模型;最后,通过仿真验证所提规划方法并分析AA-CAES电站容量对系统经济性及供电可靠性产生的影响。结果表明,当系统容量规模增加时,存在一个最优容量配置使得系统的总费用最低。

先进绝热压缩空气储能热电联供模式下的运行可行域分析

大规模清洁储能技术之一的先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)具备热电联供、联储的能力,可作为能量枢纽接入综合能源系统,以提高系统运行的灵活性,促进新能源消纳。提出了一种可直观反映AA-CAES功率约束和储能状态约束的运行可行域刻画方法,为理解AA-CAES的热电耦合关系,分析热电联供模式的运行特点,评估系统的运行灵活性、供能能力和调节裕量提供了一种可视化工具。在此基础上,研究了运行可行域的形状和特点,分析了考虑供热比变化和计及宽工况影响的运行可行域处理方法,并探讨了运行可行域作为分析工具在实时调度中的应用。以某区域综合能源系统为例,验证了所提运行可行域分析方法的有效性和实用性。

先进绝热压缩空气储能变工况运行特性建模及风储协同分析

为准确分析压缩机、透平膨胀机、换热器等组件的部分负载特性对先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统变工况运行性能的影响,详细分析了各组件的部分负载热力学特性及AA-CAES变工况特性。提出了包含储气库储气水平与高温储热罐储热水平的双荷电状态(SOC)模型。通过变工况特性曲线簇建立了储气SOC与储热SOC间的耦合关系,进而建立了计及组件部分负载特性的AA-CAES变工况运行模型,并对风储协同系统发电能力评估问题进行分析。仿真表明,AA-CAES变工况运行模式导致的组件部分负载特性对风储协同系统发电能力的影响不容忽视,与不考虑变工况相比,对风力资源丰富地区,变工况运行特性将使风储协同系统容量因子降低达4%以上。

含先进绝热压缩空气储能电站的电力系统实时调度模型

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)具有规模大、成本低、无需燃料、效率高等优点,是压缩空气储能(CAES)技术领域的主流发展趋势之一。本文将AA-CAES电站作为重要的调度资源,与常规机组、风电共同参与电力系统实时调度。首先,基于AA-CAES电站的热力学特性,建立能够反映AA-CAES电站变工况条件下运行特性的储能电站运行约束模型。然后,考虑AACAES电站在自动发电控制(AGC)阶段的功率调节不确定性,建立AA-CAES电站AGC约束模型。在此基础上,提出含AA-CAES电站的电力系统实时调度模型,该模型考虑了系统AGC容量需求约束、AGC调节速率需求约束和AGC调节任务量需求约束。最后,基于修改版IEEE30节点系统进行算例仿真,仿真结果证明了调度模型的有效性。

先进绝热压缩空气储能电站日前电力市场主从博弈竞标策略

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA–CAES)是支撑电力系统削峰填谷、阻塞管理及可再生能源消纳的有效手段之一.在储能产业商业化初期,研究面向日前电力市场的竞标策略对实现AA–CAES电站的经济运行大有裨益.本文在计及压力动态的AA–CAES运行模型基础上,采用主从博弈研究了AA–CAES电站竞标策略.作为主从博弈Leader,AA–CAES电站运营商向日前电力市场上报竞标标的(储能功率、发电功率、储能电价及发电电价);作为主从博弈Follower,市场交易机构以最大化社会福利出清电力市场.为高效求解主从博弈竞标模型,采用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优性条件及布尔展开法将双层主从博弈竞标模型转化为单层混合整数线性规划.IEEE–24节点测试系统算例表明,AA–CAES电站可利用低谷电进行充电,在高峰时刻再以高价售出,实现套利运行.基于主从博弈的日前电力市场竞标策略,可支撑AA–CAES电站的经济运行.

考虑变寿命特性的先进绝热压缩空气储能电站容量规划模型

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统具有容量大、成本低、无需燃料等突出优点,具有广阔的发展应用前景。AA-CAES电站的寿命随使用方式不同而变化,而AA-CAES电站的寿命是影响其优化规划结果的重要因素,因此,研究AA-CAES电站变寿命特性具有重要意义。该文考虑AA-CAES电站的变寿命特性,建立面向电力系统运行与大规模风电消纳的AA-CAES电站双层优化规划模型。该模型在规划层面,考虑了运行工况、备用期望发生次数对AA-CAES电站寿命的影响,并研究了其对日均投资成本的影响;在调度层面,综合考虑了AA-CAES电站的备用特性,以及在起停、功率调整和工况转换等复杂运行状态下的运行限制,研究了含AA-CAES电站的电网调度策略。最后,基于某地区的典型日数据进行仿真,验证了模型的有效性。

先进绝热压缩空气储能在综合能源系统中的经济性分析方法

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)是一种大容量储能技术,其成本低、无需燃料,且具有冷-热-电联储联供的能力,在综合能源系统(IES)中能发挥出其独特优势,有助于进一步提升IES的能量利用率。根据IES的运行情况,对AA-CAES电站进行经济性分析,能切实反映AA-CAES电站应用于IES后所带来的经济效益,对AA-CAES技术的推广和应用具有重要意义。考虑AA-CAES电站、电转气装置、蓄电池电站等辅助设备参与IES运行的情况,建立了其全寿命周期经济评估模型。为了反映IES的运行情况与成本,该文考虑其主要设备的协调互动,建立了大规模IES的优化调度模型。基于上述模型,得到了含AA-CAES电站、蓄电池或电转气装置等不同辅助设备时IES的优化运行结果。最后结合各辅助设备的全寿命周期成本与IES运行成本,对比分析了AA-CAES电站与其他辅助设备在IES中的经济性表现。

先进绝热压缩空气储能多能流优化调度模型

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)是一种可实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统,其储能的过程中会伴随产生额外的多种能流,若将运行中产生的额外能流收集起来,AA-CAES可作为微型综合能源系统进行使用。该文通过基于能源集线器(EH)构建通用能量交换分析模型,针对AA-CAES内部组件压缩机、透平机、换热器等部件进行模块化矩阵建模,分析其热力学特性和能流产生效率,研究AA-CAES的多能流联供调度策略。以最大化经济性运行为目标,提出了一种基于能源集线器矩阵化建模的AA-CAES多能流优化调度模型,并采用典型的压缩空气储能系统设备数据,进行仿真验证。仿真结果表明,AA-CAES作为微型综合能源系统具有较好的经济性,并且可以实现日常的热电联供,减少或降低其他供热系统的能耗,提高区域的能量利用效率。

基于盐穴储气的先进绝热压缩空气储能技术及应用前景

大规模压缩空气储能技术是实现电网削峰填谷,解决风电、光伏等波动性新能源并网消纳问题的有效手段。以高压容器为主的储气模式建设成本较高,限制了其装机容量和推广应用。盐穴储气具有建设成本低、占地面积小、技术成熟、密封性好、储气压力高、安全稳定等优点,可以满足大规模先进绝热压缩空气储能的储气技术需求。文章首先介绍了盐穴储气技术的特点,进一步结合江苏金坛压缩空气储能国家示范项目,阐述了基于盐穴储气的先进绝热压缩空气储能系统(salt cavern advanced adiabatic compressed air energy storage,SC-AA-CAES)的工作原理,分析了系统的关键技术问题。最后,针对未来智能电网发展趋势,探讨了盐穴压缩空气储能技术的应用前景。

计及先进绝热压缩空气储能多能联供特性的微型综合能源系统优化调度模型

先进绝热压缩空气储能(Advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)是一种清洁的大规模物理储能技术。相对于其他类型的储能技术,AA-CAES技术具有多能流联供的独特特性,这一特性使得其在微型综合能源系统中具有广阔的应用前景。考虑AA-CAES电站的多能联供特性,研究了含AA-CAES电站的微型综合能源系统优化调度策略。介绍了含AA-CAES电站的微型综合能源系统基本构成;基于AA-CAES电站的实际热力学过程,构建AA-CAES电站的冷热电多能流联合调度约束模型;在此基础上,以最小化系统运行成本为目标,建立含AA-CAES电站的微型综合能源系统优化调度模型;最后,采用天津中新生态城的数据进行模型验证。

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统一种结构优化方案

提出一种非等比压缩结构的储能系统,在此基础上提出4种具体的系统结构方案,并与以往文献提到的等比压缩结构的储能系统进行对比分析。结果发现:在总压缩比相同的情况下,等比压缩结构的先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统的储能密度随压缩级数的增大而减小,储能效率随压缩级数的增大而升高;对于非等比压缩结构的储能系统,储热介质能达到的温度越高,则系统的储能密度越大;用2种储热介质分阶段存储压缩热,可减小换热器的换热温差,降低系统的不可逆损失,从而提高系统的储能效率。

含光热集热模块的先进绝热压缩空气储能系统容量配置策略

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)技术不但具有环境友好、成本低、容量大等优点,还拥有热电联储/联供的独特优势,并且能够与外接热源耦合运行。充分考虑AA-CAES电站的热电联储/联供特性,将光热集热模块作为AA-CAES系统的外部扩展热源,提出了光热集热模块耦合AA-CAES系统的优化规划模型。该模型除了计及影响光热集热模块各项实际运行效率的约束外,还综合考虑了AA-CAES电站的规划约束、运行约束以及AA-CAES电站备用出力约束等,并采用大M法对模型中的非线性项进行等价转换,将优化规划模型转化为能被常规商用优化求解器高效求解的混合整数线性规划模型。基于某地区的典型日数据和改进的IEEE 30节点系统进行算例仿真,仿真结果验证了所提模型的有效性。