[发明专利]先进绝热压缩空气储能系统全动态模型的生成方法及装置

说明书

本发明提出了一种先进绝热压缩空气储能系统全动态模型的生成方法及装置，其中方法包括：建立空气压缩热能和压力势能的解耦生产单元和耦合释能单元的压缩机和膨胀机宽工况动态模型；建立压缩热能传输收集单元和压缩热能传输释放单元的换热系统宽工况动态模型；建立压缩热能和压力势能存储单元的储能系统宽工况动态模型；建立先进绝热压缩空气储能与电网耦合接口的联系，并且构建从系统组件动态特性到系统整体性能间的关联关系，以为智能电网不同场景应用及能效提升提供模型支撑。该方法可以充分计及相关组件宽工况运行特性，并建立全动态模型，从而可以适当简化并建立面向智能电网辅助服务等应用场景的备用模型等，具有很强的应用价值。

技术领域

本发明涉及大规模物理储能技术领域，尤其涉及一种先进绝热压缩空气储能系统全动态模型的生成方法及装置。

背景技术

AA-CAES(Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage,先进绝热压缩空气储能系统)是一种摒弃燃料补燃的清洁大规模物理储能技术，被视为继抽蓄储能之后最具吸引力的大规模物理储能技术。AA-CAES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。AA-CAES电站利用弃风(光)、低谷电等低品位电能驱动压缩机，通过绝热压缩回收压缩热，解耦存储空气压力势能(储气室)和压缩热能(储热系统)，再通过膨胀利用压缩热，实现空气压力势能和压缩热能的耦合释能，具有效率高、成本低等特点，其理论电-电转换效率可达70％左右。AA-CAES系统包含压缩机、换热器、膨胀机、储热系统、储气室等组件，各组件功-能转换高度耦合。AA-CAES动态模型是研究和衡量各组件性能对系统电-电转换效率等整体指标影响程度的关键，如何构建AA-CAES动态模型极为必要。

一般采用基于固定效率模型来设计、描述上述组件的功-能转换关系。然而，智能电网削峰填谷、旋转备用、黑启动、无功支撑等应用场景要求AA-CAES具有宽工况运行能力(20％-110％压缩/发电工况运行)，在宽工况运行条件下，压缩机(压力势能和压缩热能解耦生产单元)、膨胀机(压力势能和压缩热能耦合释能单元)效率变化明显，如透平在额定工况下可达85％-90％效率，而在50％工况下效率将至65％-75％。换热及储热系统的存在是AA-CAES不同于传统CAES的重要特点，相应地，换热器(压缩热能传输收集及回馈单元)的传热系数受到热工质流速(压缩、发电负载情况)的影响，不同流速下传热系数变化明显，影响压缩热能的收集和回馈，进而影响系统整体电-电转换性能。因此，当前采用的固定效率模型难以计及压缩机、膨胀机、换热系统等组件宽工况运行对系统整体性能的影响，进而在AA-CAES的智能电网应用场景中受限。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种先进绝热压缩空气储能系统全动态模型的生成方法，该方法可以适当简化并建立面向智能电网辅助服务等应用场景的备用模型等，高度契合AA-CAES工程运行特性，具有很强的应用价值。

本发明的另一个目的在于提出一种先进绝热压缩空气储能系统全动态模型的生成装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种先进绝热压缩空气储能系统全动态模型的生成方法，包括以下步骤：根据压缩机和膨胀机的宽工况运行特性，建立空气压缩热能和压力势能的解耦生产单元和耦合释能单元的压缩机和膨胀机宽工况动态模型；根据压缩侧换热系统和膨胀机侧换热系统的宽工况运行特性，建立压缩热能传输收集单元和压缩热能传输释放单元的换热系统宽工况动态模型；根据储热罐温度流量和储气罐压力温度的动态方程，建立压缩热能和压力势能存储单元的储能系统宽工况动态模型；以及基于电动机及发电机动态模型，建立先进绝热压缩空气储能与电网耦合接口的联系，并且构建从系统组件动态特性到系统整体性能间的关联关系，以为智能电网不同场景应用及能效提升提供模型支撑。