[发明专利]一种基于系统变工况特性的压缩空气储能系统优化设计方法

说明书

本发明提供了一种考虑系统变工况特性的压缩空气储能系统优化设计方法，包括：以系统设计点效率等为优化目标，采用优化方法得到系统的优化点参数；针对系统的设计点参数和工作的变工况环境，得到该环境下一定时间内系统的变工况特性；对变工况结果进行离散，每一离散点包含热力学状态及评价指标值；绘制工况分析曲线，给出关键设计参数的改进方向；改进设计点总体参数，综合考虑各个参数的调整方向和参数之间的约束关系，改变1个或某几个参数的设计点；将改进后的参数作为固定值，重复进行以上步骤，直至工况分析结果达到要求。本发明的优化设计方法可以在系统优化设计时考虑其应用环境及变工况特性，使系统设计更加高效、可靠。

技术领域

本发明涉及压缩空气储能领域，涉及一种压缩空气储能系统优化设计方法，尤其涉及一种基于系统变工况特性的压缩空气储能系统优化设计方法。

背景技术

21世纪以来，全球电力需求继续增长，全球能源与环境问题日益恶化，人们更加关注能源的清洁、低碳、高效发展，可再生能源的发展越来越受到重视。但由于可再生能源固有的较强随机性、波动性和间歇性限制了其大规模应用和发展。储能可通过能量在不同时间之间的平移，解决可再生能源的随机性、间歇性和波动性问题，是实现可再生能源大规模利用的重要途径。各种储能技术中，压缩空气储能具有规模大、成本低、寿命长和环境优化等优点，压缩空气储能技术成为目前最具发展潜力的大规模电力储能技术。除此之外，压缩空气储能技术也是电网削峰填谷、分布式能源系统和智能电网的关键技术。

压缩空气储能系统接入可再生能源时，波动性和间歇性使系统长期处于变工况条件下运行，除此之外，以下因素也将引起压缩空气储能系统变工况运行：压缩空气储能系统用于微网、分布式能源系统等时，根据整体系统负荷平衡要求，需要经常调节压缩机负荷、膨胀机负荷；由于储气室压力不断升高导致压缩机处于变背压条件下运行；环境条件改变，如大气温度与压力波动等；长期运行后部件性能恶化等。可见可再生能源接入下，不仅可再生能源的随机性、波动性和间歇性引起压缩空气储能系统变工况运行，其他压缩空气储能系统自身特性及环境变化也会引起系统变工况运行。

由于压缩空气储能系统经常变工况运行，而以往的系统设计仅考虑其设计工况的热力性能和经济性能等，未能考虑其变工况特性，使系统的优化设计参数与实际运行参数产生较大偏差，使系统真实运行效率较低。因此亟需建立一种考虑系统变工况特性的压缩空气储能系统优化设计方法。

发明内容

针对现有技术的上述技术问题，本发明提供了一种考虑系统变工况特性的压缩空气储能系统优化设计方法，该方法基于系统的变工况特性，通过不断调整设计点参数，使系统高效运行区与实际运行区重合，实现系统在应用环境内的整体高效运行。本发明建立工况离散图和工况分析图用于系统设计点改进，最终建立考虑系统变工况特性的压缩空气储能系统优化设计方法，该方法综合考虑系统的应用环境及变工况特性，使系统设计更加高效、可靠。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案为：

一种考虑系统变工况特性的压缩空气储能系统优化设计方法，其特征在于，所述优化设计方法至少包括如下步骤：

步骤A：以压缩空气储能系统的成本、实际工程可实现性、和/或实际应用环境条件等为约束条件，以系统设计点评价指标为优化目标，采用优化方法得到系统设计点的优化参数；

步骤B：以步骤A得到的系统设计点优化参数，建立压缩空气储能系统的变工况运行模型；基于所述变工况运行模型，针对系统工作的变工况环境，计算压缩空气储能系统在该变工况环境条件下一定时间内系统的变工况特性，得出系统在每一时间点的性能指标值和热力学状态参数值；

步骤C：基于步骤B得到的系统变工况特性计算结果，首先，将每一热力学状态参数的变化范围划分为多个连续的子范围，并为每一子范围设定一参数代表值；其次，以时间为步长，对变工况特性计算结果进行离散，每一时间离散点即工况点对应一组热力学状态值及性能指标值，每一热力学状态值对应子范围的参数代表值；