[发明专利]压缩空气储能系统的非设计工况运行方法

说明书

本发明公开了压缩空气储能系统的非设计工况运行方法，包括：根据系统运行环境温度，确定压缩子系统运行范围，选择储热子系统运行模式；设定空冷器热端出口温差，建立储能阶段部件参数调控模型；确定膨胀子系统运行参数，建立释能阶段部件参数调控模型；建立系统全周期效率最优运行模型。综合考虑了环境状态变化对压缩空气储能系统主要工作部件的影响，确定系统在变工况条件下的参数运行范围，提高了运行稳定性。根据环境温度选择储热子系统的运行模式，优化运行参数，有效提升能量转换及余热利用效果，实现系统在全环境温度范围内能量效率最大化，获得高于设计工况的全周期效率，提高了变工况条件下压缩空气储能系统的运行稳定性及其变工况性能。

技术领域

本发明属于可再生能源发电及储能技术领域，具体涉及压缩空气储能系统的非设计工况运行方法。

背景技术

压缩空气储能技术是风能和太阳能等可再生能源实现大规模消纳和稳定并网的有效途径。压缩空气储能系统的变工况运行问题，成为制约其高效运行及商业应用的主要挑战之一。

针对变工况运行策略问题，大多仅考虑储气室压力动态变化和负荷波动造成的两种典型变工况运行问题，而忽略环境的影响。然而环境状态的变化对于压缩机工作范围、储气容量以及膨胀机输出功率等均会造成较大影响。当环境温度变化时，压缩机由于自身工作特性，其稳定运行范围将发生偏移，从而造成储能系统性能衰减，甚至对系统安全稳定运行造成影响。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了压缩空气储能系统的非设计工况运行方法，能够提高变工况条件下压缩空气储能系统的运行稳定性及其变工况性能。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括：

步骤1：根据系统运行环境温度，确定压缩子系统运行范围，选择储热子系统运行模式；

步骤2：设定空冷器热端出口温差，建立储能阶段部件参数调控模型；

步骤3：确定膨胀子系统运行参数，建立释能阶段部件参数调控模型；

步骤4：建立系统全周期效率最优运行模型，获得压缩空气储能系统的非设计工况运行方法。

进一步地，所述确定压缩子系统运行范围包括：

确定压缩机组质量流量范围，所述压缩机组质量流量G满足以下公式：

max(G_min,i,i＝1L n)≤G≤min(G_max,i,i＝1L n)

其中，n为压缩机机组工作级数，G_min,i为第i级压缩机喘振边界对应的最小流量，G_max,i为第i级压缩机阻塞边界对应的最大流量；

确定压缩机组压力范围，所述压缩机组压力p满足以下公式：

p_v,min≤p≤min(p_v,max,p_c,max)

其中，p_v,min为储气室最低工作压力，p_v,max为储气室最高工作压力，p_c,max为压缩机组最大背压。

进一步地，所述压缩机组最大背压为压缩机组在最小质量流量下工作时的出口压力。

进一步地，所述选择储热子系统运行模式包括：

当系统运行环境温度高于或等于设计环境温度时，储热子系统的空冷器按最小夹点温差模式运行，其中最小夹点温差范围为5～10℃；

当系统运行环境温度低于设计环境温度时，储热子系统的空冷器按可调出口温差模式运行，其中可调出口温差基于储热有效度最大化原则进行确定；