热电联产与绝热压缩空气储能互补集成及热电解耦特性

The inconsistency between electric power supply and demand, as well as the principle of power-by-heat of CHP units of thermal power plants can reduce energy utilization rate. In this project, combined heat and power (CHP) technology and adiabatic compress air energy storage (ACAES) technology were integrated and a hybrid system was developed, in which the heating capacity and power supply capacity can be cooperated and enhanced. This system adopts different operating strategies at various time to meet the demands of heat and power loads. The heat-power decoupling ability and operating flexibility of CHP units can be improved by combining the two technologies, and energy efficiency of the integrated system is higher than those of the two subsystems by utilizing the energy flows more reasonably. This project focuses on the energy transfer process and coupling mechanism of the CHP and ACAES integrated system, experimental research and model modification of key processes, and system control strategies and operation characteristics of full range of loads. The achievements obtained from this project will enlarge load adjustment range of power unites, improve absorption capability of power grid for renewable energy, increase fuel efficiency, and provide a new way for realizing peak load shifting of power grid and heating network.

电力供需不一致的矛盾，以及火电厂热电联产(CHP)机组以热定电的原则都会导致能源利用率的降低。本项目将火电厂CHP技术与绝热压缩空气储能(ACAES)技术进行了集成创新，提出不同热需求时刻供热能力互补以及用电峰谷时刻供电能力互补的集成系统,可根据用户热需求和电网峰谷变化规律，采取不同的集成系统运行策略，满足负荷要求。该系统充分结合火电厂CHP技术与ACAES技术的特点，可提高CHP机组热电解耦的能力，提高机组运行灵活性；时空上互补了能量流，提高了总的能量利用率。项目主要研究火电厂CHP与ACAES互补集成系统的能量传递与耦合机理、关键过程实验研究及模型修正、不同电/热需求的负荷变化规律下的系统控制策略与全工况运行特性。该系统可以在满足供热的前提下，扩增机组额定容量的调峰能力，提高可再生能源消纳能力和燃料利用率，为电网和热力网削峰填谷提供一种新的思路和途径。

针对电力供需不一致的矛盾，以及火电厂热电联产(CHP)机组以热定电的原则导致能源利用率降低的问题，本项目创新性地提出不同时刻供热/供电互补的火电厂CHP技术与绝热压缩空气储能(A-CAES)集成系统。项目深入开展了集成系统能量传递及损失机理、关键过程实验与模型修正和集成系统全工况特性研究。主要研究内容及成果包括：.（1）全面揭示了新型集成系统的热力特性，证明了该集成系统可在不同时刻实现强化供热和强化供电目的，热电比范围得到明显拓宽。同时该方案具有更高的能量转换率（㶲效率可达58.7%），相对于参比系统㶲效率可提升4%-31.4%。.（2）建立了系统动态㶲分析模型，深入揭示了关键参数对系统㶲效率的影响规律，研究表明：A-CAES的空气流量和膨胀机入口温度对集成系统的㶲效率影响最大，A-CAES子系统中，压缩机㶲损比例最大，为9.24%，膨胀机㶲损比例次之，为6.84%。.（3）开展了A-CAES的实验研究和模型修正工作，基于实验数据和理论分析，建立了各部件的变工况/动态模型，完成了关键系数拟合，建立的系统整体动态模型综合考虑了部件变工况特性、热惯性、管道容积惯性及与环境的热交换。.（4）揭示了A-CAES的变工况特性，完成了储/释能过程变工况调控策略优化，研究表明：压缩机和膨胀机达到全功率稳定运行时间分别是4.5和9分钟。经过3个循环，系统可达稳定状态，并相对于第一个循环，系统效率提升10个百分点。.（5）建立了新型集成系统的全工况模型并揭示了集成系统全工况特性，总结了关键参数对系统变工况性能的影响规律。案例分析表明该集成系统能够很好地跟随热电负荷需求，并具有较高的㶲效率（一天循环中均大于52%）。.项目通过以上研究成果，为提高可再生能源利用率、电/热力网削峰填谷提供新的思路和途径，填补目前针对火电机组与A-CAES集成系统热电解耦特性研究的空白，明确了新型集成系统具有较大的应用前景。