分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法与流程

本发明涉及储能，具体涉及一种分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法。

背景技术：

1、为适应当前能源需求多样化的情况，分布式新能源受到了较多关注，分布式新能源能够根据不同地区对能源的需求进行匹配，具有更强的灵活性，同时分布式压缩空气储能技术的发展对电力传输和分配也有积极的影响。

2、分布式新能源发电受自然环境中多因素影响，导致发电具有间歇性和不稳定性，对用电负荷或电网有负面影响，限制了分布式新能源系统大范围推广，解决该问题的核心在于克服新能源系统发电的间歇性和不稳定性，当前可采用的方式主要是为分布式新能源系统提供适配的分布式储能系统。分布式储能技术与大规模集中式储能技术相类似，一般可分为机械储能、物理储能和化学储能，其中物理储能技术中的压缩空气储能技术以其在运行过程中能够储存电能和转化为冷能和热能，可实现电能的多元化应用而受到了广泛的关注。

3、分布式压缩空气储能系统（简称压储系统）中压缩侧压缩热量回收价值较低，透平侧供热选择外部供热，其中较为经济的供热方式是使用槽式集热器进行供热。但槽式集热器容易受到系统所在地每日辐照量的影响，导致集热器的集热温度出现波动，影响压储系统的透平发电功率，进而影响压储系统的电-电转换效率，同时集热温度变化也对透平环节排气温度有直接影响。

4、在相关技术中，公布号为cn109826708a的专利申请文献公开了一种先进分布式多联供的压缩空气储能系统及应用方法，根据用户不同季节负荷需求，调节压缩空气储能系统中透平入口温度，系统可以提供给用户不同季节的冷、热和电负荷，但该方案中系统供热热量是通过燃料室提供，其实质是高品位热源的利用。公布号为cn117494999a的专利申请文献公开了一种分布式压缩空气储能系统设计方法，该方案提出根据不同地域的环境条件，计算获取分布式压缩空气储能系统的每日集热量及集热温度，用于对压储系统中储气库体积进行优化设计，从而设计适合不同地域的压储系统，因此该方案的核心在于分布式压缩空气储能系统的设计及系统各个边界条件的确定。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何提高压储系统的综合运行效率和运行价值。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：

3、提出了一种分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，所述方法包括：

4、基于压储系统所在地的辐照量及槽式集热器的边界条件，计算集热器的集热信息；

5、根据所述集热信息、天气因素以及用户侧的空气温度需求，确定透平侧各级透平机的空气进口温度调整趋势；

6、基于透平侧各级透平机的空气进口温度调整趋势，计算不同环境温度下用于实现用户侧的空气温度需求所对应的节流压力和透平侧各级透平机的空气进口温度。

7、进一步地，所述集热信息包括集热量和集热温度。

8、进一步地，所述根据所述集热信息、天气因素以及用户侧的空气温度需求，确定透平侧各级透平机的空气进口温度调整趋势，包括：

9、在集热量不变且用户侧的空气温度需求改变时，控制末级透平机的空气进口温度来调控末级透平机的空气出口温度以满足用户侧的空气温度需求，并将末级透平机未利用的热量用于对首级透平机的进口空气进行加热；

10、当集热量增大且用户侧的空气温度需求与系统设计工况相同时，通过调整首级透平机的进口空气温度消耗多余热量；

11、当集热量减小时且用户侧的空气温度需求与系统设计工况相同时，通过调整首级透平机的进口空气温度减少透平系统所需供热量。

12、进一步地，末级透平机的空气进口温度与末级透平机的空气出口温度之间的调控关系为：

13、

14、

15、式中，为末级透平机的空气出口温度，为末级透平机的空气入口温度，为透平侧末级透平机的膨胀比，为空气绝热指数，为末级透平机等熵效率，为节流阀出口空气压力，为末级透平机的进口空气压力。

16、进一步地，所述集热量与所述节流压力和透平侧各级透平机的空气进口温度的关系为：

17、

18、

19、

20、式中，为透平侧设计发电功率， m为透平级数，为空气气体常数，为空气流量，为第级透平机的空气进口温度，，为透平侧透平机的膨胀比，为空气绝热指数，为节流压力，为环境压力，为压储系统所在地每日集热量，为空气透平时间，为第 i级换热器空气出口高温，为第级换热器空气出口低温，为空气定压比热容。

21、进一步地，所述方法还包括：

22、根据压储系统的供热/供冷能量、发电量和耗电量计算压储系统的综合能源利用效率为：

23、

24、式中，为消耗电能，为压缩空气供热/供冷能量，为发电量。

25、进一步地，所述压缩空气供热/供冷能量的计算公式为：

26、

27、式中，为用于制冷或制热的空气总质量，为空气定压比热容，为末级透平机的空气出口温度，为环境温度。

28、进一步地，压储系统的消耗电能的计算公式为：

29、

30、式中，为压缩环节运行时间，为空气定压比热容，为压缩级数，为第级压缩机空气入口温度，为压缩机空气流量，为压缩机等熵效率，为第级压缩机压比，为第级压缩机机械效率，表示空气绝热指数。

31、进一步地，所述发电量的计算公式为：

32、

33、式中，为透平侧设计发电功率， m为透平级数，为空气透平时间。

34、进一步地，末级透平机的空气出口温度为根据用户侧的供热/冷需求，以当前环境温度为基准，增加或减少8-20℃，所述方法还包括：

35、计算末级透平机的空气出口温度范围内每个温度对应的综合能源利用效率；

36、以最高的综合能源利用效率对应的边界条件控制压储系统运行。

37、本发明的优点在于：

38、（1）本发明综合考虑了集热器受环境天气因素影响的不确定性、用户侧供热/冷的需求变化等因素，根据不同环境温度下用于实现用户侧的空气温度需求所对应的节流压力和透平侧各级透平机的空气进口温度，来调整节流阀和部分透平机的空气进口温度和节流压力，有利于提高压储系统的运行稳定性和综合效率，实现压储系统的多能利用；也有利于提高压储系统对用户负荷需求的响应，一定程度上缓解自然环境因素变化对分布式压缩空气储能系统的影响，有利于促进分布式压缩空气储能系统发展。

39、（2）可与分布式光伏系统联合应用，有利于削弱分布式光伏系统电能的间歇性，促进分布式新能源的大力发展，助力于提高电能系统新能源电能的占比。

40、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，所述集热信息包括集热量和集热温度。

3.如权利要求1所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，所述根据所述集热信息、天气因素以及用户侧的空气温度需求，确定透平侧各级透平机的空气进口温度调整趋势，包括：

4.如权利要求3所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，末级透平机的空气进口温度与末级透平机的空气出口温度之间的调控关系为：

5.如权利要求3所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，所述集热量与所述节流压力和透平侧各级透平机的空气进口温度的关系为：

6.如权利要求1所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求6所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，所述压缩空气供热/供冷能量的计算公式为：

8.如权利要求6所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，压储系统的消耗电能的计算公式为：

9.如权利要求6所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，所述发电量的计算公式为：

10.如权利要求6所述的分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，其特征在于，末级透平机的空气出口温度为根据用户侧的供热/冷需求，以当前环境温度为基准，增加或减少8-20℃，所述方法还包括：

技术总结本发明公开了一种分布式压缩空气储能系统多能综合利用的运行控制方法，包括：基于压储系统所在地的辐照量及槽式集热器的边界条件，计算集热器的集热信息；根据所述集热信息、天气因素以及用户侧的空气温度需求，确定透平侧各级透平机的空气进口温度调整趋势；基于透平侧各级透平机的空气进口温度调整趋势，计算不同环境温度下用于实现用户侧的空气温度需求所对应的节流压力和透平侧各级透平机的空气进口温度；本发明实现了压储系统的多能利用，有利于提高压储系统的运行稳定性和综合效率。技术研发人员：李金中,谢毓广,马伟,陈任峰,张红,郑天文,徐斌,丁津津,谭伟,高博,计长安,郭力受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/11/14