一種回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng) 效率的定量評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)給電力系統(tǒng)運行帶來了新的挑戰(zhàn)，這主要源于可 再生能源的出力不確定性及大量出現(xiàn)的反調(diào)峰特性。為了能在電力系統(tǒng)實時運行中平抑 可再生能源的出力不確定性，一種可行的方法即在電力系統(tǒng)中配備一定的儲能系統(tǒng)平抑 風電的不確定性或減少風電所帶來的負荷峰谷差。壓縮空氣儲能（CAES, Compressed Air Energy Storage)系統(tǒng)因為其可建設(shè)規(guī)模大、使用壽命長及建設(shè)地點靈活等特點近年來備 受關(guān)注。進一步地說，回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以回收壓縮過程中釋放的部分熱量，并在 空氣膨脹做功過程中釋放，可以有效提高整個電力系統(tǒng)的效率。但是，目前尚未有針對回熱 式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估方 法，該方法能夠定量評估回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的效率。
[0004] 根據(jù)上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：
[0005] -種回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估方法，該方法計算得到的回熱式壓 縮空氣儲能系統(tǒng)效率作為設(shè)置回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的技術(shù)依據(jù)，該方法包括：
[0006] 將回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估分為分環(huán)節(jié)效率及整體環(huán)節(jié)效率的 定量評估，其中，分環(huán)節(jié)效率的定量評估為對壓縮儲能環(huán)節(jié)效率、回熱環(huán)節(jié)效率、儲放氣環(huán) 節(jié)效率及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率的定量評估；
[0007] 對于各個分環(huán)節(jié)效率的定量評估，分別根據(jù)該分環(huán)節(jié)的功率或能量的輸出輸入比 值變化，作為該分環(huán)節(jié)的功率定量評估值；
[0008] 對于整體環(huán)節(jié)效率的定量評估，根據(jù)膨脹釋能環(huán)節(jié)效率與壓縮儲能環(huán)節(jié)效率，以 及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率、壓縮儲能環(huán)節(jié)效率與外界的技術(shù)功交換值計算得到；
[0009] 將得到的各個分環(huán)節(jié)的功率評估值及計算得到的系統(tǒng)整體效率，計算回熱式壓縮 空氣儲能系統(tǒng)回熱環(huán)節(jié)的效率。
[0010] 由上述方案可以看出，本發(fā)明針對回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，基于電能-機械 能-熱能轉(zhuǎn)換過程，將整個定量評估分為分環(huán)節(jié)效率及整體環(huán)節(jié)效率的定量評估，其中，分 環(huán)節(jié)效率的定量評估為對壓縮儲能環(huán)節(jié)效率、回熱環(huán)節(jié)效率、儲放氣環(huán)節(jié)效率及膨脹釋能 環(huán)節(jié)效率的定量評估；對于各個分環(huán)節(jié)效率的定量評估，分別根據(jù)該分環(huán)節(jié)的功率或能量 的輸出輸入比值變化，作為該分環(huán)節(jié)的功率定量評估值；對于整體環(huán)節(jié)效率的定量評估，根 據(jù)膨脹釋能環(huán)節(jié)效率與壓縮儲能環(huán)節(jié)效率，以及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率、壓縮儲能環(huán)節(jié)效率與 外界的技術(shù)功交換值計算得到；根據(jù)得到的各個分環(huán)節(jié)的功率評估值及計算得到的系統(tǒng)整 體效率，確定回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)回熱環(huán)節(jié)效率。本發(fā)明實施例定量評估回熱式壓縮 空氣儲能系統(tǒng)的整體及各環(huán)節(jié)的效率，同時構(gòu)建它們之間的關(guān)系。因此，本發(fā)明實施例可以 定量評估回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的效率。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實施例提供的回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估方法流程 圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明實施例提供的回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3為儲氣罐壓強隨外界對壓縮空氣所做技術(shù)功變化曲線示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明實施例提供的在膨脹釋能環(huán)節(jié)中儲氣罐壓強壓縮空氣所做技術(shù)功 變化曲線示意圖；
[0015] 圖5為本發(fā)明實施例提供的壓縮儲能環(huán)節(jié)中壓縮空氣釋放熱功率或能量隨儲氣 罐壓強變化關(guān)系不意圖；
[0016] 圖6為本發(fā)明實施例提供的m(pstJ，n(pstJ同儲氣罐壓強變化關(guān)系及δ (PstJ 及回熱占比β同儲氣罐壓強變化關(guān)系的示意圖；
[0017] 圖7為本發(fā)明實施例提供的系統(tǒng)整體效率隨nstOT，ntes的變化關(guān)系、及n CAES = 47. 55%時η stOT, Jltes之間的關(guān)系不意圖。
【具體實施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0019] 本發(fā)明為了可以定量評估回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的效率，本發(fā)明針對回熱式壓 縮空氣儲能系統(tǒng)，基于電能-機械能-熱能轉(zhuǎn)換過程，將整個定量評估分為分環(huán)節(jié)效率及整 體環(huán)節(jié)效率的定量評估，其中，分環(huán)節(jié)效率的定量評估為對壓縮儲能環(huán)節(jié)效率、回熱環(huán)節(jié)效 率、儲放氣環(huán)節(jié)效率及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率的定量評估；對于各個分環(huán)節(jié)效率的定量評估，分 別根據(jù)該分環(huán)節(jié)的功率或能量的輸出輸入比值變化，作為該分環(huán)節(jié)的功率定量評估值；對 于整體環(huán)節(jié)效率的定量評估，根據(jù)膨脹釋能環(huán)節(jié)效率與壓縮儲能環(huán)節(jié)效率，以及膨脹釋能 環(huán)節(jié)效率、壓縮儲能環(huán)節(jié)效率與外界的技術(shù)功交換值計算得到；根據(jù)得到的各個分環(huán)節(jié)的 功率評估值及計算得到的系統(tǒng)整體效率，確定回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)回熱環(huán)節(jié)效率。本 發(fā)明實施例定量評估回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的整體及各環(huán)節(jié)的效率，同時構(gòu)建它們之間 的關(guān)系。
[0020] 在這里,所述的輸出輸入比較變化也可以表示為轉(zhuǎn)換輸入比值變化。
[0021] 這樣，根據(jù)所確定的回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率，就可以在設(shè)置回熱式壓縮空 氣儲能系統(tǒng)提供技術(shù)依據(jù)。
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例提供的回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估方法流程 圖，其具體步驟為：
[0023] 步驟101、將回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估分為分環(huán)節(jié)效率及整體環(huán) 節(jié)效率的定量評估，其中，分環(huán)節(jié)效率的定量評估為對壓縮儲能環(huán)節(jié)效率、回熱環(huán)節(jié)效率、 儲放氣環(huán)節(jié)效率及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率的定量評估；
[0024] 步驟102、對于各個分環(huán)節(jié)效率的定量評估，分別根據(jù)該分環(huán)節(jié)的功率或能量的輸 出輸入比值變化，作為該分環(huán)節(jié)的功率定量評估值；
[0025] 在本步驟中，輸出輸入比值變化也可以為轉(zhuǎn)換輸入比值變化；
[0026] 步驟103、對于整體環(huán)節(jié)效率的定量評估，根據(jù)膨脹釋能環(huán)節(jié)效率與壓縮儲能環(huán)節(jié) 效率，以及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率、壓縮儲能環(huán)節(jié)效率與外界的技術(shù)功交換值計算得到；
[0027] 步驟104、將得到的各個分環(huán)節(jié)的功率評估值及計算得到的系統(tǒng)整體效率，計算回 熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)回熱環(huán)節(jié)的效率。
[0028] 在本發(fā)明中，計算得到的回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率作為設(shè)置回熱式壓縮空氣 儲能系統(tǒng)的技術(shù)依據(jù)。
[0029] 以下對圖1所述的過程進行詳細說明。
[0030] 本發(fā)明實施例先定義技術(shù)術(shù)語表，如表1所示：
[0031]
[0032]
【主權(quán)項】
1. 一種回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估方法，其特征在于，該方法計算得到 的回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率作為設(shè)置回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的技術(shù)依據(jù)，該方法包 括： 將回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估分為分環(huán)節(jié)效率及整體環(huán)節(jié)效率的定量 評估，其中，分環(huán)節(jié)效率的定量評估為對壓縮儲能環(huán)節(jié)效率、回熱環(huán)節(jié)效率、儲放氣環(huán)節(jié)效 率及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率的定量評估； 對于各個分環(huán)節(jié)效率的定量評估，分別根據(jù)該分環(huán)節(jié)的功率或能量的輸出輸入比值變 化，作為該分環(huán)節(jié)的功率定量評估值； 對于整體環(huán)節(jié)效率的定量評估，根據(jù)膨脹釋能環(huán)節(jié)效率與壓縮儲能環(huán)節(jié)效率，以及膨 脹釋能環(huán)節(jié)效率、壓縮儲能環(huán)節(jié)效率與外界的技術(shù)功交換值計算得到； 將得到的各個分環(huán)節(jié)的功率評估值及計算得到的系統(tǒng)整體效率，計算回熱式壓縮空氣 儲能系統(tǒng)回熱環(huán)節(jié)的效率。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在該方法之前，設(shè)置技術(shù)術(shù)語表及假設(shè)條 件，包括：
假設(shè)條件為： (1) 整個回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的壓縮過程指儲氣罐壓強從初始工作壓強到 最大工作壓強丨.〕$.丨1的過程； (2) 回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的壓縮機共有Nram級壓縮，且第Ν_-1級壓縮的排氣壓強 pH-ι < 第Ν。》級壓縮的排氣壓強pH > 口盟匕
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述對壓縮儲能環(huán)節(jié)效率的定量評估為：
其中，代表壓縮過程的總時間；Pee_(pstOT)為壓縮儲能環(huán)節(jié)經(jīng)時間At ram后、 儲氣罐壓強為PstOT時電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)的電功率。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述回熱環(huán)節(jié)效率的定量評估包括每一壓 縮級的回熱占比，第^?級壓縮的回熱占比同儲氣罐壓強之間的關(guān)系及回熱占比同儲氣罐 壓強之間的關(guān)系，其中， 穩(wěn)態(tài)壓縮級的回熱占比：
單位時間第Nram級壓縮的回熱占比同儲氣罐壓強之間的關(guān)系：
回熱占比同儲氣罐壓強之間的關(guān)系： 其
中 ， ^(Pstor) = (I + m(Pstor))/(l nCPstor))? mCPstor) = ^Ncom-I(Pstor)/ Pn^0111-I 表示非穩(wěn)態(tài)壓縮級向回熱系統(tǒng)釋放熱功率同穩(wěn)態(tài)壓縮級向回熱系統(tǒng)釋放熱功率的比值； n(pstm.)二1表示非穩(wěn)態(tài)壓縮級壓縮氣體技術(shù)功功率同穩(wěn)態(tài)壓縮 級壓縮空氣技術(shù)功功率的比值。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述儲放氣環(huán)節(jié)效率的定量評估為：
其中，C(l，C1, c2, C3是理想空氣的定壓比熱與溫度的關(guān)系系數(shù)；T" = T/1000。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述膨脹釋能環(huán)節(jié)效率的定量評估為： pw %ω· = "S11，表示向共白勺?能與胃平對外界所做技術(shù)功能量:&匕匕。 Pe
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)整體效率表示為：
【專利摘要】一種回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率的定量評估方法，針對回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，將整個定量評估分為分環(huán)節(jié)效率及整體環(huán)節(jié)效率的定量評估，分環(huán)節(jié)效率的定量評估為對壓縮儲能環(huán)節(jié)效率、回熱環(huán)節(jié)效率、儲放氣環(huán)節(jié)效率及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率的定量評估；對于各個分環(huán)節(jié)效率的定量評估，分別根據(jù)該分環(huán)節(jié)的功率或能量的輸出輸入比值變化，作為該分環(huán)節(jié)的功率定量評估值；對于整體環(huán)節(jié)效率的定量評估，根據(jù)膨脹釋能環(huán)節(jié)效率與壓縮儲能環(huán)節(jié)效率，以及膨脹釋能環(huán)節(jié)效率、壓縮儲能環(huán)節(jié)效率與外界的技術(shù)功交換值計算得到；根據(jù)得到的各個分環(huán)節(jié)的功率評估值及計算得到的系統(tǒng)整體效率，確定回熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)回熱環(huán)節(jié)效率。
【IPC分類】G06Q50-06
【公開號】CN104732445
【申請?zhí)枴緾N201310713473
【發(fā)明人】梅生偉, 陳來軍, 劉鋒, 金逸, 費益軍, 劉斌, 王程, 王召健
【申請人】清華大學(xué), 江蘇省電力公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月20日