[发明专利]一种与煤电耦合的高压空气储能系统最优冷源的确定方法

说明书

本发明公开了一种与煤电耦合的高压空气储能系统最优冷源的确定方法，本发明从燃煤发电机组汽水循环或锅炉烟气‑空气流程某处提取冷源，用于冷却空气压缩机出口的高压高温空气。通过计算各热源方案对应的净上网出力，年收益，静态投资回报年限，最终进行冷源寻优。进行多种压缩机段数方案的静态回收年限最低值，取最小值作为与煤电耦合的高压空气储能最优冷源方案。本发明提出了以最小静态回收年限为目标函数的压缩储能环节的空气冷却器最佳冷源的确定方法，可为设置在煤电机组侧高压空气储能系统的设计及运行优化提供技术参考。

技术领域

本发明属于电源侧空气储能系统技术领域，涉及一种与煤电耦合的高压空气储能系统最优冷源的确定方法。

背景技术

碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。要达到碳中和，一般有两种方法：一是通过特殊的方式去除温室气体，例如碳补偿；二是使用可再生能源，减少碳排放。

目前能源结构存在能源安全形势严峻、碳减排压力大、能源消费结构不合理、生态环境问题突出、能源利用效率较低等问题。清洁化是能源转型的重要方向之一，要大力发展海上风电、安全高效发展核电、积极开发流域大型水电、推进煤炭清洁高效灵活发电。

具有极强随机性和波动性特征的光伏、风能等新能源电力并网，出现了有别于传统功角振荡的网络谐振不稳定问题，是电网规划和运行中必须要进行的工作。

在电源侧、电网侧和用户侧建设大规模储能装置，提升电力系统运行灵活性及安全性，是解决新能源高比例消纳问题的有效途径。储能技术分为物理和化学储能，前者主要有抽水蓄能、压缩空气等，后者主要有电池、氢气储能等。抽水蓄能技术成熟，效率较高(～75％)，但存在地理位置限制等问题，难以大规模推广；电池储能技术响应快、体积小、建设周期短，但存在容量较小、整体寿命短、工业污染大等缺点；氢能能量密度大，但储运技术尚未彻底解决，极大抬升了用能成本。压缩空气储能技术具有寿命长、环境污染小、运行维护费用低等特点，具备规模化推广应用潜力。

按照空气介质状态划分，空气储能分为低温液态和高压气态两大类。我国的压缩空气储能项目应用于电网侧或用户侧，多为高压气态，或存储于废弃盐矿，或储于定制钢罐。应用于电网侧或用户侧的高压气态储能系统，通过设置储热系统将热量在压缩储能环节和膨胀释能环节实现时空转换。现有压缩空气储能发电系统存在压缩机放热和膨胀机吸热之间的强耦合关系，压缩机和膨胀机的高效运行难以兼顾：对于空气膨胀发电机来讲，其内效率与入口空气温度成正比关系，要求空气压缩过程提供高温热量；对于空气压缩机来讲，最高效的应为多段压缩、段间冷却，尽可能接近等温压缩。

与煤电机组耦合的高压空气储能系统，在空气压缩储能环节，压缩机出口空气为高压高温状态，经空气冷却器降温后再以高压低温的状态进入下一级压缩机，最后一级压缩机出口的高压高温空气对外放热后进入高压空气存储装置，完成储能过程。煤电机组是一个容量巨大、多种形式、多种品质等级的冷、热载体，高压空气储能系统与煤电机组耦合，空气压缩机耗功由煤电机组发电机出口提供，压缩过程产生的热量传递给煤电机组烟气-蒸汽-水的热力循环的哪一处，使得储能系统与煤电机组组成的大发电系统整体经济性最优，目前尚未有研究成果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种与煤电耦合的高压空气储能系统最优冷源的确定方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种与煤电耦合的高压空气储能系统最优冷源的确定方法，包括以下步骤：

步骤1，单个压缩机将环境空气压缩至要求的最终压力，压缩比ε_c0取压缩机段数N₀为1，其中，P_f为进入高压空气存储装置的最终压力，P₀为压缩机进口压力；