压缩空气储能技术研究进展

 压缩空气储能是目前大规模电力储能技术研发的热点,是支撑可再生能源发展的关键技术之一,在新能源并网发电、电网调峰等领域有广泛的应用空间。介绍了空气压缩设备的发展状况,总结了绝热压缩设备效率的不足,分析了螺杆式空压机提升能效的关键因素。比较了压缩空气储能所经历的传统燃气补热压缩、非燃气补热的绝热压缩、等温压缩等阶段不同类型的储能原理和效率,介绍了等温压缩空气储能的实现方法和进展,并结合当前专利情况展望了未来压缩空气储能的技术发展方向。     

Modeling and Experimental Investigation of a Variable Speed Drive Water Source Heat Pump

Accurate variable speed characteristics are needed for water source heat pumps (WSHP) to design variable speed controls to adjust refrigerant flow rates in heat pumps and air conditioners. The system capacity can then be regulated to match the compressor loads to the heating or cooling needs to improve the energy efficiency and lower energy costs. The motor and compression characteristics of WSHP were modeled to include the coupling between the motor speed and the torque characteristics and compression characteristics. An analytical model is given for a variable speed hermetic scroll compressor that describes various factors, such as the drive frequency, suction pressure, and discharge pressure as a function of the compressor speed. The model was validated experimentally using R22 and R134a in an experimental WSHP with variable speed control using frequency conversion. The results show that the analytical model properly describes the variable speed characteristics and provides a control strategy for adjusting the capacity of scroll compressors to match the heat pump or air conditioner operating conditions.     

新型压缩空气储能及其技术发展

压缩空气储能研究是目前绿电储能的重要科技前沿,主要为大规模绿电的存储转换及并网等问题,提供有效的解决方案。回顾了压缩空气储能的背景,介绍了传统压缩空气储能及其衍生技术的工作原理,分析了新型压缩空气储能的优缺点和应用范围、中外压缩空气储能的应用现状及其经济效益。基于此,提出了未来压缩空气储能的应用前景及发展趋势,为相关学者和方案决策人员提供参考。     

新型压缩空气储能风电系统膨胀助力控制

针对风能波动性和间歇性问题,提出了新型机械耦合式压缩空气储能风电系统.建立了风电系统膨胀助力模式混杂动态模型.提出了涡旋机柔性切入、切入后动态协调以及膨胀助力优化控制等三级膨胀助力控制策略,采用输入输出反馈线性化以及前馈控制等方法完成控制器设计.基于1,kW风电系统试验平台验证了控制策略的有效性,提高了模式切换过渡过程和风能捕获的动态速度,有效降低了压缩气体的消耗,涡旋机全效率提升至46.7%.     

用于提高电网中风电渗透率的混合储能容量优化分析

为提升电网中风电渗透率,通过提出由电池、超级电容器和抽水蓄能构成的混合储能系统,构建缓和风电并网时不稳定性的双层容量优化模型。首先,提出了风电典型场景和极端场景的提取方案,获得充分逼近原风电出力场景的场景集合。然后,使用小波包分析法,配置电池和超级电容器的容量用来平抑风电功率波动,并在电力系统中利用抽水蓄能进行削峰填谷,建立双层混合储能容量优化模型对储能容量进行优化。最后,利用某风电场一年输出功率数据,对改进的 RTS-96 系统进行仿真验证并分析。算例结果表明：建立的双层混合储能容量优化模型在确保经济性的条件下提升了风电渗透率。     

2018年压缩空气储能技术热点回眸

 能源结构转型是世界各国正在面临的严峻问题。中国可再生能源丰富，但高比例的可再生能源渗透对电网的安全运行提出重大挑战。储能作为协同新能源运行的有效手段，可打破电能“即发即用”的特点，实现能量的高效利用。在大规模储能背景下，压缩空气储能以其自身的清洁、低成本等特点，逐步成为研究热点。2018年，压缩空气储能领域向示范工程、商业化初期不断迈进。本文回顾2018年压缩空气储能领域热点问题，总结了该领域多能互补、液化压缩、盐穴储气、循环控温、协同水利发电等技术方面的突出进展。     

低速风洞和桨叶气流的理论计算和实验研究

从建立低速轴流风洞气流的贝努里能量方程出发，根据轴流风机的叶栅理论和相对运动的流体方程，求出经过桨叶的气流的全压力，应用翼型特性曲线，得到气体动力学参数和通过一系列的风洞试验测定气流的阻力系数。应用上述的方程和实验数据，可以计算风洞的压力、流量和功率，理论计算与实验结果基本相符。文中还指出风洞桨叶的安装角严重地影响气体动力学参数和风机的功率。最后给出算例。     

吉林风电消纳关键技术的研究现状与发展趋势

 吉林电网风电渗透率高,受风电随机波动性、电网负荷水平以及冬季社会供热需求等因素的制约,吉林风电面临着严峻的消纳瓶颈,已严重制约风能资源的进一步开发利用。开发适应强波动性电源的智能风电调度系统,利用储热及风电供热技术等新兴技术,提高电网调节能力,增加用电负荷规模,是破解风电消纳的有效途径。本文结合吉林风电大规模联网面临难题,介绍了风电功率预测技术、储热技术和风电供热技术研究现状及存在问题,阐述了风电消纳相关技术的应用进展和发展趋势。     

焦家寨煤矿矿井安全避险系统探讨

通过对焦家寨煤矿矿井安全避险系统的探讨,得出结论:该矿矿井监测监控系统型号为KJ86N型;井下人员定位系统使用的是KJ69人员定位系统;井下压风自救系统的空气压缩机位于地面压风机房,配备有YY-45型隔绝式压缩氧自救器1 800台,配备的自救器型号及数量均能够满足安全生产的需要;矿井供水施救系统运行正常,每天24 h保持正常供水;矿井通信联络系统畅通;井下紧急避险系统避难硐室确定最终的容纳规模为50人。     

清洁能源利用最大化的电力系统优化调度

考虑到不同类型电源的出力特性及其之间的互补性和矛盾性,以系统成本最低、污染排放最少和清洁能源利用率最大为目标,建立了风电接入的水火风储联合发电系统的多目标优化调度模型,并将蒙特卡洛模拟与遗传算法结合,采用改进的39节点系统验证了所建立模型的有效性,水电和储能系统在不同情况下都能充分发挥其调节作用,平抑风电波动,并且减少了污染排放和弃风现象,较好地实现了各类资源的优化配置。     

基于等温活塞换热的空气压缩方法

考虑到使用绝热压缩进行压缩空气储能系统过程中,大量的电力转为热量被耗散,提出了一种利用等温活塞吸收压缩空气中的热量,并把热量排出到缸体底部的液体中的方法,建立了等温活塞传热的无因次化数学模型.提出了影响等温活塞换热的量纲一系数K_a和X_u,分析了量纲一系数对等温活塞压缩系统的影响.采用泡沫铝作为构成等温活塞的材料进行了实例计算,结果表明压缩比为7、转速为1 200 r/min时,压缩效率可提高11%.      

空调负荷虚拟储能技术研究

由于建筑自身具有一定的热容量,空调制冷或制热功率发生变化时,建筑内温度的变化存在滞后;而人体对舒适温度的感觉也存在一个范围.利用"空调-建筑"系统的这两个特点,在保证用户基本舒适度要求的前提下,空调电功率可以按照外部需求主动调节,空调负荷也可等效成为电网中一个虚拟的电能存储装置.本文对影响空调负荷虚拟储能的主要因素进行分析,建立虚拟储能能量和功率模型;结合需求侧响应等典型应用,对虚拟储能的控制进行了介绍;利用实际测量结果和算例计算,验证了空调负荷虚拟储能用于电网调节的价值和可行性.     

上池下库循环,绿水青山常在——抽水蓄能技术应用与发展

 电力系统需要配置大容量的储能装置,补偿功率变化,适应新能源的大规模发展。更重要的是,近年来电力负荷率较低、负荷波动较大,需要对负荷进行调整。在电力系统中配置适当规模的抽水蓄能,是解决当前风电等新能源大规模发展对电网安全稳定影响问题的最佳选择。分析了抽水蓄能技术的基本原理和特性,阐述了抽水蓄能技术发展的新趋势。介绍了可变速抽水蓄能技术,探讨了双馈方式和全功率方式的整体结构,并提出了在不同模式下的控制策略,分析了新型特殊抽水蓄能电站的构成、技术挑战和解决方案。     

质子交换膜燃料电池空压机系统与能流分析

首先,从质子交换膜燃料电池电堆阴极的需求对空压机出口压力、流量进行理论分析;然后,根据能量守恒原则从整体上对质子交换膜燃料电池供气系统中双螺杆压缩机的能流进行分析。通过分析可知:空气供给系统电机的控制与电机特性、压缩机特性、电机的转速、电堆控制输出对象均密切相关。     

叶片数对SCPPVC空气涡轮机气动性能影响的试验研究

立式集热板太阳能热气流发电系统(SCPPVC)空气涡轮机叶片数与其气动性能密切相关,利用Wilson设计方法,对该系统涡轮机叶片进行了初步设计,利用3D打印技术完成了叶片制样,简介了风洞方法。据此,试验研究了叶片数对SCPPVC系统空气涡轮机气动性能的影响。结果表明:以功率和风能利用系数为指标,涡轮机最佳叶片数以7片为宜;涡轮机输出功率与入口风速增加呈指数变化趋势,与涡轮机前后压差增大呈近似成线性关系。     

燃料电池用水润滑电动离心式空压机的研发

提出了一种以水润滑动静压轴承为支撑、永磁同步电机驱动的高速离心式空气压缩机解决方案.在结构上实现了水润滑与永磁电机的融合,满足了燃料电池系统对空压机无油、高效的要求.在对空压机转子系统进行动力学优化的基础上,研究了不同结构浅腔动静压轴承的水膜稳定性,进而研发出空压机原理样机,空压机样机在6×104r/min时可提供350kg/h,压力比为1.52的压缩空气,整体效率接近80%,实现了高速稳定运行,验证了设计方案的可行性.      

散热对无油涡旋空气压缩机性能影响的实验研究

针对小型家用制氧机用无油涡旋空气压缩机,分析了散热对压缩机各方面性能的影响机理,对研制样机进行了3种不同冷却方式下的实验研究.研究结果表明:散热是影响无油涡旋空气压缩机性能的一个重要因素;随着排气压力的升高,排气温度升高,容积效率下降,电功率升高;自然冷却方式下压缩机的性能最差,额定排气压力下压缩机的容积效率仅为20%,而动盘强制冷却的效果最好,静盘强制冷却的效果介于两者之间,因此动盘背面的强制冷却是无油涡旋空气压缩机设计的首要考虑因素.     

压缩空气含水层储能系统设计及可行性分析

采用数值模拟方法,以3 MW储能规模为例,建立水平地层埋深800 m、渗透率0.5×10~(-12)m~2的压缩空气地下含水层储能模型,对初始气囊及系统循环过程中压力、气相饱和度、系统循环次数等参数进行分析.结果表明:经历完整一次循环后,地层中压力和气相饱和度变化较小;随着循环的继续,地层中可供储能释能循环的有效气相体积缓慢减少;周循环过程压力变化范围较大,对储能系统要求较高.含水层作为储气库进行压缩空气储能具有可行性,应根据实际地质条件进行相应系统设计.     

基于时间序列分段的风电机组调节速率估计

在大规模新能源快速发展和应用的背景下,电网频率波动加剧,而且高比例的可再生能源发电机组挤占常规调频机组,导致系统调频能力不足,迫切需要新能源机组参与电网快速频率控制。而与传统火电、水电机组相比,风电机组具有更强的调频能力。为评估风电机组的调节能力,提出一种基于时间序列分段的风电机组调节速率估计方法。首先,基于风电机组的实发功率历史数据,利用分段线性表示方法对风电机组实发功率时间序列进行趋势提取;然后,根据分段趋势自动寻找机组实发功率调节动态段,计算风电机组的调节速率指标。最后,通过仿真和工业案例,并与现有方法进行对比,验证了所提方法的可行性和有效性。     

喷水涡旋空气压缩机工作特性的研究

从变质量系统热力学原理出发,考虑喷水涡旋空气压缩机的换热及工作特点,建立了其热力学模型.通过对喷水涡旋压缩机工作过程的模拟,分析了转速、喷水量、功率、排气温度等参数之间的关系.模拟计算及实验结果表明:当喷水量为60kg/h,排气压力为0 2MPa时,涡旋压缩机的实际功率接近于等温功率,并且随着转速的提高逐渐偏离等温功率;容积效率随着转速的提高而增大,在转速小于3000r/min的范围内,转速对涡旋压缩机的容积效率影响较大;排气温度随着喷水量的增大而降低,与绝热过程相比,在压比为2 0时,排气温度的降低大于40K;喷水引起的额外耗功比压缩机的指示功率小3%.