压缩空气储能技术原理、流程及参数测试

论文总字数：21911字

摘 要

本文以压缩空气储能系统(CAES)为主要研究对象，从储能技术的角度进行分析，详细介绍了储能技术的发展历史，发展现状以及未来要面对的挑战。现在缺少对压缩空气储能技术的热力学模型分析，所以本文要重点在这几方面进行总结设计。通过分析压缩空气储能系统的技术原理，能量的储存方式，种类，评价指标和应用等对CAES技术有了全面的了解。CAES技术通过压气机来压缩外界空气，存储多余的电能,在需要的时候,将高压空气通过膨胀机膨胀做功发电。通过总结其原理画出来CAES系统的原理图。并对压缩空气储能系统的热力过程进行数学建模，按照空气在系统中流动的方向作为建立数学模型的方向，分别建立各个部份的数学模型。再建立总体的热力系统模型。分析总结了它的经济性计算模型，了解压缩空气储能技术在现代工业中的经济地位。通过具体的技术经济可行性计算分析，建立主要的财务经济性计算模型。并分析得出满足如下的几个要求项目就可行：当项目收益率大于准收益率的时候项目可行，静态和动态回收期小于基准回收期的时候项目可行，净现值大于0的时候项目可行。最后对于压缩空气储能电站的重要参数测量方法做了简述。

关键词： CAES原理，发展流程，热力系统模型，经济性模型，参数测量

Compressed air energy storage technology principles, processes and testing parameters

Abstract:

In this thesis, the main research object is the compressed air energy storage system(CAES). And from a global perspective, this thesis is going to introduce the detailed history about the development of energy storage technology, current situation and these challenges which we will confront with in the future. Nowadays, there exist seldom analysis about compressed air energy storage technology thermodynamic model. Thus, based on these introduction above, this paper will summarize and design the thermodynamic model. By analyzing the technical principle, energy storage mode, type, evaluation index and application of compressed air energy storage system, we could have a better understanding of the CAES technology. CAES Tech could store excess electricity energy by utilizing compressors, thereby making it possible to use compressed air to generate electricity in a expansion machine when necessary. After summarizing the principles of CAES system,the schematic

diagrams of it could be drawn. And mathematical modeling was applied in this paper to describe the thermodynamic process of the compressed air energy storage system, during this process where the mathematical model is established according to the direction of the flow in the system. The mathematical models of each part are established respectively, before which a general thermodynamic system model is established. By analyzing and summarizing the economic calculation model of compressed air energy storage technology, it is possible to understand the economic status of this technology in modern industry.Through specific technical and economic feasibility calculation and analysis, modeling the main financial economic model.Investment profit rate, investment rate of return, payback period of static, dynamic payback period,and net present value.And analyzed several requirements that satisfy the following items will be OK.Static and dynamic payback period payback period is less than the reference when the project is feasible, the net present value greater than zero when the project is feasible .Finally, important parameters for the measurement of compressed air energy storage power station are made briefly.

KEY WORDS: CAES principle, development processes, thermodynamic system model, economic model, parameter measurements

目录

摘要： 1

Abstract: 1

第一章　绪论 1

1.1压缩空气储能系统背景和研究意义 1

1.3 压缩空气储能技术的发展现状 3

1.3.1德国的Huntorf电站 3

1.3.2美国的McIntosh电站 3

1.4储能技术发展的历史和前景 4

1.5储能技术面临的挑战 6

1.6本文的主要研究内容 7

第二章　压缩空气储能系统原理 7

2.1 什么是储能以及压缩空气储能 7

2.2压缩空气储能系统分类 8

2.3压缩空气储能系统原理 9

2.4能量储存方法 10

2.5储能技术的评级指标 10

2.6压缩空气储能技术的应用 11

第三章　压缩空气储能系统热力系统模型 12

3.1压缩空气储能系统建模 12

3.1.1 压缩机中压缩空气过程 12

3.1.2 换热器中的换热过程 14

3.1.3 储热装置中的储热过程 15

3.1.4 透平中膨胀做功过程 16

3.1.5 储气装置中的储气过程 17

3.2压缩空气储能系统性能计算 18

3.3压缩空气储能电站经济性计算模型 19

3.3.1压缩空气储能电站项目投资利税率 19

3.3.2压缩空气储能电站项目投资收益率 19

3.3.3压缩空气储能电站项目内部收益率 19

3.3.4压缩空气储能电站项目静态投资回收期 19

3.3.5压缩空气储能电站项目动态投资回收期 20

3.3.6压缩空气储能电站项目净现值 20

第四章　压缩空气储能系统的参数测量 21

4.1参数的选择对系统效率的影响 21

4.1.1提高T的影响 21

4.1.2提高P的影响 21

4.2 各重要节点的参数选择要求 21

4.2.1压缩机 21

4.2.2膨胀机 21

4.2.3换热器 21

总结 22

致谢 23

参考文献: 24

　　　 第一章　绪论

1.1压缩空气储能系统背景和研究意义

为了能够满足能源与环境的可持续发展，世界上已经有很多国家不断的发展新型可再生能源，例如风能,太阳能,潮汐能等，但是这些新型能源都有一个很大的缺点，那就是生产出来的电能只能间歇不稳定供给，这样对于电能的品质以及主电网的运行方式就有着不良影响,所以就需要设计出能长时间大容量储存电能的装置^[5]。并且储能技术的提升有利于提高系统的效率和设备的利用率。1949年，Stal Laval提出了压缩空气储能（简称CAES）系统的概念^[4]，人们纷纷开始将研发重点放在这上面，先后研究出了多种类型的压缩空气储能系统，压缩空气储能—燃气蒸汽联合循环耦合型、包括先进绝热型、压缩空气储能—内燃机耦合型、冷热电联供的新型等^[3]。这些压缩空气储能系统的电力储能都是通过储存高压空气来储存，所以最具有发展潜力之一的储能方式都是需要通过大型储气装置压缩空气来完成储能的^[2]。压缩空气储能可以实现大规模的工业应用储能，其能源转化效率能达到约75%之高，如今各国政府已经意识到了发展储能技术的重要性，所以大型储能技术的研发热点已经渐渐成为了压缩空气储能系统^[1]。

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