压缩空气储能系统分析及多目标优化

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0273

储能科学与技术 ›› 2021, Vol. 10 ›› Issue (1): 379-384.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0273

压缩空气储能系统分析及多目标优化

侯磊¹(), 王子驰², 李营超², 王赛豪²(), 张亚杰¹, 张禹森¹

^1.国网雄安新区供电公司，河北保定 071000
^2.平高集团有限公司，河南平顶山 467000

收稿日期:2020-08-18 修回日期:2020-09-24 出版日期:2021-01-05 发布日期:2021-01-08
通讯作者: 王赛豪 E-mail:705608320@qq.com;15537532056@163.com
作者简介:侯磊（1986—），男，工程师，从事营销技术、综合能源、能源互联网相关技术研究和管理工作，E-mail：705608320@qq.com；
基金资助:
2019年度国家电网公司总部科技项目(5400-201913154A-0-0-00)

Analysis and multi-objective optimization of CAES system

Lei HOU¹(), Zichi WANG², Yingchao LI², Saihao WANG²(), Yajie ZHANG¹, Yusen ZHANG¹

^1.State Grid Xiong'an New Area Electric Power Supply Company, Baoding 071000, Hebei, China
^2.Pinggao Group Co. Ltd, Pingdingshan 467000, Henan, China

Received:2020-08-18 Revised:2020-09-24 Online:2021-01-05 Published:2021-01-08
Contact: Saihao WANG E-mail:705608320@qq.com;15537532056@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为解决压缩空气储能系统热力学性能与经济学性能相互制约的问题，本文同时考虑热力学性能与经济学性能对系统进行优化。首先建立了系统的热力学模型和经济学模型，研究了关键节点参数对系统性能的影响规律，在此基础上以热力学评价指标能量效率和经济性评价指标单位能量成本为目标函数对系统进行多目标优化。研究结果表明：增大膨胀比、提高透平入口温度能够提高系统效率、降低发电成本；系统最佳运行工况条件下，能量效率可达55.12%，单位能量成本为396.60 $/kW。

关键词: 压缩空气储能, 热力学, 经济性, 多目标优化

Abstract:

To address the problem of mutually restricted thermodynamic and economic performance of CAES systems, both factors were considered in this paper to optimize the system. Thermodynamic and economic models of the system were established and the influence of key node parameters on the system were revealed. A multi-objective optimization analysis with a genetic algorithm was carried out. The studies indicated that the thermodynamics and economics of the system increase with an increase in the expansion ratio and inlet temperature of the turbine. The optimized results indicated that a solution with an exergy efficiency of 55.12% and a unit energy cost of 396.60 $/kW is attainable for the system.

Key words: compressed air energy storage, thermodynamic analysis, economic analysis, multi-objective optimization

中图分类号:

TK 9

侯磊, 王子驰, 李营超, 王赛豪, 张亚杰, 张禹森. 压缩空气储能系统分析及多目标优化[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(1): 379-384.

Lei HOU, Zichi WANG, Yingchao LI, Saihao WANG, Yajie ZHANG, Yusen ZHANG. Analysis and multi-objective optimization of CAES system[J]. Energy Storage Science and Technology, 2021, 10(1): 379-384.

图/表 11

图1

表 1

图2

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表 2

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参考文献 15

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参数	数值
环境温度/K	298.15
环境压力/kPa	101
空气绝热系数	1.4
压缩比	8.44
透平1膨胀比	4
透平2膨胀比	7.8
压缩机效率	0.8
透平效率	0.86
换热器效率	0.9
燃烧室效率	0.95
透平1入口温度/K	853.15
透平2入口温度/K	1098.15
储气室出口空气压力/MPa	4.2
储气室出口空气温度/K	298.15
压缩机空气质量流量/kg·s^-1	108
透平空气质量流量/kg·s^-1	417

名称	单位	上限	下限
压气机压比	-	10.13	6.75
透平1膨胀比	-	4.8	3.2
透平2膨胀比	-	6.24	9.36
透平1入口温度	K	978.78	658.52
透平2入口温度	K	1317.78	878.52
压气机等熵效率	-	0.9	0.75
透平等熵效率	-	0.9	0.75
燃烧室效率	-	0.98	0.85

名称	数值
压气机压比	6.87
透平1膨胀比	4.79
透平2膨胀比	9.34
透平1入口温度/K	968.17
透平2入口温度/K	1287.40
压气机等熵效率	0.86
透平等熵效率	0.88
燃烧室效率	0.97

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Analysis and multi-objective optimization of CAES system

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