无水坝抽水蓄能系统及其内部高压溶气问题研究

In order to tackle the large-scale grid interconnection problem confronted by new energy technologies like intermittent wind power and photovoltaic system, a new energy storage system is proposed by this research group based on the second law of thermodynamics. Researches will be made on the issues concerning this energy storage system and the scientific problems caused by internal high pressure dissolved gas. A thermodynamic model describing both the energy storage and release process will be established to investigate the influence of initial pressure, temperature, water-air ratio and the dissolved quantity of air on conversion rate of the energy storage system. The generation, movement and collapse process of the high-pressure dissolved air bubble in inner flow passage of the hydroturbine will be simulated using Level Set method to indicate how dissolved quantity of high pressure air would affect the working performance of the hydroturbine. The thermodynamic model describing the energy storage and release process will be verified experimentally by the data acquired from the experiment platform of new hydro pump energy storage sytem with 10kW output power and 1 hour operating time that will be built in this project. Research results will offer a new approach to the ultimate solution to the fluctuation and randomness problems of intermittent energies.

为解决间歇式风电及光伏发电等新能源的大规模并网问题。本课题组基于热力学第二定律提出了一种新型储能系统，针对该储能系统及内部高压溶解气所产生几个科学问题展开研究。拟建立描述该储能系统的储能与释能过程热力学模型，研究储能容器内初始压力、温度、水气比以及气体在水中的溶解量对储能系统转化效率的影响规律；采用Level Set方法数值模拟水轮机流道内部高压溶气气泡的生成、运动、溃灭过程，揭示高压溶气量对水轮机工作性能的影响机理；借用本项目所建造的发电功率10kW、发电时间1小时的新型抽水蓄能实验系统平台获取的实验数据，对该储能系统的储能与释能过程热力学模型进行实验验证。研究成果为最终解决间歇式能源的波动性和随机性问题提供一种新途径。

为解决间歇式风电及光伏发电等新能源的大规模并网问题。本课题组提出了一种无水坝抽水蓄能系统，并针对该储能系统的性能及内部高压溶解气所产生几个科学问题展开研究。以无水坝抽水蓄能系统为研究对象，首先构建描述该储能系统的动态数学模型；其次，采用理论分析方法来研究水气共容高压容器内压力、温度变化和选用气体在水中的溶解规律；关键参数对储能系统能量转化效率和经济性的影响规律，得到了不同规模储能系统的最优参数；探索溶解气气泡在系统流道内部的生成与溃灭规律，防止气泡破碎对水轮叶片及其性能产生负面影响，影响水轮机在储能系统中的使用寿命和发电效率；而后依据该原理建立发电功率100 kW的抽水压缩气体储能系统，搭建了实验平台，开展了原理验证。基金资助期间,参加国内外学术交流会议8次，发表了8篇SCI论文，2篇EI，1篇中文核心，收录1篇国际会议论文和大量国内会议论文；完成了7个已授权发明专利,设计并搭建了一套100kW无水坝抽水蓄能系统实验平台，培养硕士研究生5人，博士研究生1人，另有在读研究生多人。以上成果将为无水坝抽水蓄能系统的进一步研究提供理论和实验依据，为新型大规模物理储能技术提供了全新思路，研究结果对可再生能源消纳和分布式能源建设发展具有重要意义。