基于絕熱壓縮空氣儲能的分布式冷熱功聯(lián)產系統(tǒng).pdf

1、隨著人類社會的快速發(fā)展，對于能源的需求越來越大，導致傳統(tǒng)集中式供電網絡的負荷大幅增大。然而由于社會活動的時間性，大負荷集中式供電網絡出現(xiàn)了嚴重的“峰谷電”問題，對供電網絡的發(fā)展產生了重大不利影響。除了電力供應中的峰谷問題以外，由于傳統(tǒng)化石能源的加速消耗引發(fā)了越來越嚴重的能源危機，以及由于化石能源的大量使用帶來的嚴重環(huán)境污染問題，都促使人們去尋找可再生的清潔能源。正是在這樣的社會背景下，近年來，風能、太陽能以及潮汐能等可再生能源出現(xiàn)了大規(guī)

2、模的增長。然而隨著可再生能源自身規(guī)模的不斷增長，他們自身的間歇性、分散性以及不穩(wěn)定性等特點卻成為了它們自身發(fā)展的障礙，也越來越影響其進行能源供應的穩(wěn)定性和可靠性。
　　在這樣的社會能源問題背景下，儲能技術以及分布式聯(lián)產技術成為了整個人類社會的關注焦點。儲能技術具有分時進行能量轉換存儲和釋放的特性，可以實現(xiàn)在能量需求低谷時將多余能量進行轉化存儲，在能量需求高峰時則將存儲的能量進行釋放供應;而分布式聯(lián)產技術可以克服傳統(tǒng)集中式供電網絡的

3、臃腫以及復雜等弊端，并且可以實現(xiàn)能量的梯級利用，提高整個系統(tǒng)的能量利用效率。兩種技術的特性使它們具有了解決傳統(tǒng)“峰谷電”和可再生能源不穩(wěn)定性兩大問題的潛質和能力。本文正是基于這兩種技術，通過熱力學分析以及試驗驗證的方法，對一種基于這兩種技術的集成系統(tǒng)進行了分析研究。
　　1)本文首先通過相關文獻調研以及統(tǒng)計數(shù)據，表明了目前社會存在的電力峰谷問題以及可再生能源發(fā)展問題，進而引出解決這兩大問題的方法:儲能技術和分布式能源系統(tǒng)。通過對比

4、各種儲能技術的技術參數(shù)和特征，發(fā)現(xiàn)壓縮空氣儲能技術具有自己獨特的優(yōu)點，具有大規(guī)模發(fā)展的潛力。因此本文對壓縮空氣儲能技術的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀進行了大量的文獻調研，發(fā)現(xiàn)目前壓縮空氣儲能技術正處于蓬勃發(fā)展時期，并且壓縮空氣儲能技術可以根據自身特點進行分類，絕熱壓縮空氣儲能技術就是其中的一種，其通過收集空氣壓縮過程產生的熱量，從而提高真?zhèn)€系統(tǒng)的能量利用效率?；诮^熱壓縮空氣儲能技術的優(yōu)點，本文對絕熱壓縮空氣儲能技術的研究現(xiàn)狀進行了文獻調研。除此

5、以外，本文還對分布式聯(lián)產系統(tǒng)進行了相關的文獻調研，了解了該技術的發(fā)展現(xiàn)狀。通過文獻調研可以看出，目前還沒有將這兩種技術進行集成的相關研究，因此如果可以將這兩種技術進行集成，就可以使集成系統(tǒng)具備這兩種技術的雙重優(yōu)點。
　　2)本文提出了一種基于絕熱壓縮空氣儲能技術的分布式冷熱功聯(lián)產系統(tǒng)。該系統(tǒng)結合了壓縮空氣儲能技術以及分布式聯(lián)產技術，不僅可以實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的基本作用，而且可以實現(xiàn)聯(lián)產系統(tǒng)中對于能量的梯級利用。通過利用低價“谷電”或者可

6、再生能源，系統(tǒng)可以將其轉換為高壓空氣以及熱能進行存儲，從而解決了低價“谷電”和可再生能源的浪費問題;在用電高峰時期，系統(tǒng)通過高壓空氣在氣動馬達中的膨脹做功，可以輸出機械功和低溫空氣，輸出的機械功可以推動發(fā)電機進行電力供應，從而解決用電高峰時期的電力短缺問題。在整個系統(tǒng)運行過程中，可再生能源經過系統(tǒng)的能量存儲和釋放環(huán)節(jié)，可以保證自身輸出的穩(wěn)定性。此外，該系統(tǒng)的規(guī)模較小，使用的儲氣設備是人造儲氣罐，可以實現(xiàn)各種地理條件下的安裝運行，因此可以

7、實現(xiàn)與微電網的集成，從而可以成為分布式能源系統(tǒng)中的重要成員。
　　3)為了了解驗證提出系統(tǒng)的系統(tǒng)性能以及相關特性，本文對整個系統(tǒng)運行流程進行了熱力學建模分析。通過對熱力學相關理論，簡化計算了系統(tǒng)中各個重要節(jié)點的氣體參數(shù)，并利用相關試驗數(shù)據對其進行了驗證。利用驗證過的熱力學模型，本文還分析了相關的系統(tǒng)參數(shù)對于系統(tǒng)性能的影響，主要有環(huán)境溫度、氣動馬達膨脹比以及多變指數(shù)對于氣動馬達排氣溫度的影響，以及它們對系統(tǒng)的比機械功和比制冷量的影響

8、。文章還分析了儲氣罐的初始壓力以及最終壓力對于系統(tǒng)性能的影響，討論了儲氣罐壓力參數(shù)的選擇方法。系統(tǒng)的熱力學模型計算也表明，氣動馬達低溫排氣的利用對于提高整個系統(tǒng)的能量效率具有重要意義。
　　4)為了證明本文提出的系統(tǒng)可以提高能量效率，本文對提出系統(tǒng)和傳統(tǒng)絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)進行了對比。通過利用熱力學第一定律和第二定律，對兩個系統(tǒng)分別進行了能量平衡和(炯)平衡分析。文中對比計算了兩個系統(tǒng)中各節(jié)點工作介質的熱力學參數(shù)，并計算了兩個系統(tǒng)