[发明专利]一种蓄热式压缩空气储能系统及控制方法

说明书

本发明公开了储能系统领域的一种蓄热式压缩空气储能系统及控制方法，包括依次连接的第一级压缩机、第一换热器、第二级压缩机、第二换热器、第三压缩机和盐穴储能装置；所述第一换热器、第二换热器包括水气换热器、油气换热器；所述水气换热器一端与冷水罐连接，所述水气换热器另一端与热水罐连接；所述油气换热器一端与冷油罐连接，所述油气换热器另一端与热油罐连接；根据压缩机模型、换热器模型、盐穴模型搭建储能系统模型；对储能系统模型进行优化求解，获取储能系统的资源分配方案；本发明填补了目前盐穴建模方法的空缺，并且根据压缩机模型、换热器模型、盐穴模型搭建储能系统模型，提高了系统模型的通用性和准确度。

技术领域

本发明属于储能系统领域，具体涉及一种蓄热式压缩空气储能系统及控制方法。

背景技术

我国进一步将可再生能源作为能源体系的发展重点，提出要上调可再生能源比例，这意味着其逐步成为能源消费增量主体；但可再生能源存在间歇性和不稳定性等固有缺点，这使得其发电无法快速调峰，在一定程度上破坏了电网负荷平衡。压缩空气储能发电因其具有规模大、灵活性强等特点，可以增强电网对故障的应对能力，弥补可再生能源无法调峰的缺陷，对建设坚强智能电网有重要的战略意义。在实际应用中，中科院工程热物理研究所于2013年在河北廊坊建造国内第一套1.5MW蓄热式压缩空气储能示范系统，并于2014年完成了600小时试验运行与性能测试，效率约为52％；2016年在贵州毕节建成10MW示范系统，系统在额定工况下的效率达到了60.2％,是全球目前效率最高的压缩空气储能系统。

因高温压力容器制造难度大、安装难以解决，以及设备的工作温度限制等原因，这意味着获得较高的储气压力需要采用多级压缩机和多级冷却方式，蓄热式压缩空气储能系统应运而生，但对蓄热式压缩空气储能系统的特性研究还未深入，而研究该系统的建模方法，可以为特性研究奠定基础。目前国内外在建模方面的研究有了一定的基础，但更多是考虑储能系统电能传输，介质流动的稳态过程建模，对于热力学特性的研究缺乏或者不够深入。同时，在目前的研究中，均利用储气库、储气罐作为储气装置，但其实储气罐的使用限制了储存空气的容量和压力，因此局限了整个系统的容量上限。

综上所述，如何克服现有技术所存在的不足已成为当今储能领域中亟待解决的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓄热式压缩空气储能系统及控制方法，填补了目前盐穴建模方法的空缺，提高了储能系统模型的通用性和准确度

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明一方面提供了一种蓄热式压缩空气储能系统，包括依次连接的第一级压缩机、第一换热器、第二级压缩机、第二换热器、第三压缩机和盐穴储能装置；

所述第一换热器、第二换热器包括水气换热器、油气换热器；所述水气换热器一端与冷水罐连接，所述水气换热器另一端与热水罐连接；所述油气换热器一端与冷油罐连接，所述油气换热器另一端与热油罐连接。

本发明另一方面提供了一种蓄热式压缩空气储能系统的控制方法，包括：

获取压缩机的流量G、转速n、温度T、压强P；建立压缩机的进出口压比β和效率η通过流量G和转速n表示的比折合函数，以及压缩机的进出口压比β、流量G和转速n通过温度T和压强P表示的比折合函数；

通过教与学算法对比折合函数的待定系数进行优化求解，建立压缩机模型；

通过集总参数建模方法建立换热器模型；基于盐穴内不溶物的膨胀和垫底气的影响，建立盐穴模型；

根据压缩机模型、换热器模型、盐穴模型搭建储能系统模型；对储能系统模型进行优化求解，获取储能系统的资源分配方案。

优选的，压缩机的进出口压比β和效率η通过流量G和转速n表示的比折合函数，公式为：