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《华北电力大学(北京)》 2008年
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压缩空气蓄能(CAES)电站热力性能仿真分析

刘文毅  
【摘要】: 我国电网装机容量增长迅速,电网调峰问题十分突出,调峰有赖于蓄能技术的发展。各蓄能技术各有特点,其中压缩空气蓄能(CAES)电站具有经济性好,负荷范围大等优点,在北京市自然科学基金(No. 3053019)和国家自然科学基金(No.50476069)的支持下,针对CAES电站进行了以下的研究工作: 针对CAES电站蓄能子系统流程结构特点以及各部件的动态特性,基于模块化建模思想,研究提出系统的稳态和动态仿真模型。对某一实例进行了不同负荷稳态工况和动态仿真计算,并用MATLAB绘制了仿真曲线,得出结论:在压缩空气存贮过程中,贮气室压力由30bar增大到144bar,压气机流量由411.2kg/s减小到403.7kg/s,压缩空气耗功由412.8kJ/kg增大到706kJ/kg。 针对CAES电站发电子系统流程结构特点以及各部件的动态特性,研究提出系统的稳态和动态仿真模型。对某一实例进行了设计工况、不同负荷稳态工况和动态工况的仿真计算,绘制了仿真曲线,并把CAES电站的变工况性能和燃气轮机电站的变工况性能进行了对比分析。得出结论:燃气透平在100%~40%负荷范围内变化时,燃气轮机电站热效率从33.8%降低到0, CAES电站能量转化系数在定燃气温度时为53.6%~49.5%,定流量时为53.6%~34.3%。 基于能的“品位对口、梯级利用”原则和侧重从CAES电站特点出发,提出了系统设计优化方法,进行了CAES电站的系统集成与优化,并进行了热经济性的计算。以7E燃机为核心的CAES电站,功率提高到简单燃机电站功率的2.39~3.33倍,能量转化系数为38.2%~54.4%。 建立了CAES电站静态效益计算模型,并结合动态效益评估,得到1200MW装机容量CAES电站不考虑峰谷电价差时,年综合经济效益约15.50亿元/年。根据电力负荷变化特性,基于分散能量系统的微型CAES发电可采用不同的运行模式,不同模式净功率范围为-155.9~152.45kW。针对某商业用户某年的电力需求,根据总费用法,得出结论:利用低谷电力压缩空气,而在电力峰值负荷时用压缩空气发电要比在电网购电节省19.2%费用。 基于模糊识别理论,研究提出了包括经济性、环保性、污染物排放等指标的微型CAES发电的综合评价数学模型,并进行计算评价,可知,若用可再生能源发电压缩空气,微型CAES发电综合性能最优。
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TM621

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