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能源是经济发展的物质基础。随着传统能源利用的匮乏和由此带来的环境、安全等一系列问题,可再生能源的开发利用已被我国列为能源发展的优先领域。但是新能源如风能、太阳能等具有间歇性和稳定性差等主要缺点;以及随着用户用电量随时间变化越来越大导致电网的峰谷比不断增大等问题,需要相适应的电力蓄能系统与之相配套。
本课题利用热经济学的原理与方法,对超临界压缩空气蓄能/释能系统进行计算分析,研究超临界压缩空气储能/释能系统经济可行性,同时与压缩空气蓄能系统进行对比。通过计算得出超临界压缩空气蓄能系统经济性优于压缩空气蓄能系统,并在环境效益等方面具有一定的优势。
将超临界压缩空气蓄能/释能系统分为蓄能子过程和发电子过程,利用模拟软件对两个子过程进行分析,以压缩过程耗功和最后一级压缩机出口温度为评价依据对蓄能子过程系统进行分析;以发电子过程输出功为评价依据对发电子过程进行分析。然后将优化得到的蓄能子过程和发电子过程按不同压缩级数和膨胀级数进行系统集成,以系统蓄能效率为评价指标,分析了四种集成系统的性能及系统主要设备参数对系统性能的影响。通过计算得到,当蓄能与释能系统中工质的流量相等,压缩机和膨胀机的效率分别为85%、80%,泵的效率取75%,蓄能系统最后一级压缩机出口压力为4MPa及第一级膨胀机入口压力为6MPa时系统效率最大,二级压缩及二级膨胀的蓄能系统效率相对其他形式的系统效率最高,为80%。以优化得到的两级压缩与两级膨胀系统为例,针对风力发电波动性大的缺点,利用超临界压缩空气蓄能系统将风电不能被利用部分蓄能后转换为高质量、稳定的电能,分析蓄能系统发电量可相应替代火力发电量后的环境效益。
课题成果可为实际超临界压缩空气蓄能系统的利用,提高电力能源、特别是可再生能源(风能和太阳能等)发电的利用效率与安全、保护环境提供一定参考。