吸附压缩CO2储能系统动态特性研究.pdf
《吸附压缩CO2储能系统动态特性研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《吸附压缩CO2储能系统动态特性研究.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、吸附压缩二氧化碳储能系统可克服 高密度存储、充放及系统高效运行等技术难题市场前景广阔但对其动态特性缺乏深入认识阻碍了系统设计与安全调控运行技术的发展 本文基于模块化建模思想建立了 的动态仿真模型用于模拟系统启动过程中各设备运行参数的变化规律 结果表明:储能阶段压缩机启动后轴功率迅速上升并在 后稳定且压缩机级数越高所需稳定时间越长释能阶段膨胀机轴功率从峰值下降在 时稳定在.、.和.设定释能过程质量流量波动 膨胀机输出轴功率波动范围接近 需防范可能引起的电网冲击等问题 所建模型及研究结果为深入认识系统动态特性、系统设计和安全调控运行提供了有效的分析工具和数据参考对推进 的应用具有实际意义关键词:动
2、态仿真模型动态特性储能过程释能过程中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期 修订稿日期 基金项目:年黑龙江省“碳达峰碳中和”榜单揭榜挂帅科技攻关项目(吸附压缩二氧化碳储能关键技术研究与示范:)中央高校基本科研业务费专项资金()作者简介:宋一丹()男硕士研究生研究方向为超临界二氧化碳储能技术 ():.:引言随着全球能源结构的调整可再生能源在电力系统中的应用越来越广泛以解决日益严重的能源匮乏的问题 风电和光伏等清洁能源具有绿色环保的特点可以有效降低化石能源消耗和环境污染但同时可再生能源的不稳定和随机性使得电网的安全运行及可靠性面临严重的挑战 储能技术是目前解决可再生能源并网影响电网安全运行及
3、电质量等问题最有效的解决方法在目前现有的储能技术中压缩空气储能()是大型储能技术之一因其具有装机容量大、寿命长、响应快等优点引起了世界各国企业和研究机构的高度重视然而传统压缩气体储能多以空气为工质由于空气密度低需大型地下洞穴作为高压储气室应用受限 具有高密度、低粘度、临界点温和等优良物性适宜作为空气的替代工质 相比于压缩空气储能压缩 储能具有循环效率高、储能密度大、占地面积小、不依赖地理条件等优势 但 属温室气体需封闭循环即低压 高压联合存储故存在低压 高密度存储问题 当前压缩 储能系统大多采用液化方式提升低压存储密度但能耗高且造成储罐材料脆性增大存在安全隐患 多孔固体吸附剂微纳孔道空间/表面
4、可高效吸附 分子有效克服 自由分子间的强相互作用极大提升低压 存储密度是实现低压 高密度存储的可行方案 作为第三代新型长时储能技术吸附式压缩 储能可克服低压高密度 存储、高压高密度 充放、系统高效运行等技术难题具有广阔的市场前景同时对 建模仿真研究增进系统动态特性认识、提高系统设计及安全运行控制水平对于 的普及和推广具有现实意义 近些年来国家发改委、国家能源局发布的国家能源局综合司关于加强电化学储能电站安全管理的通知“十四五”新型储能发展实施方案、新型储能项目管理规范(暂行)等系列政策均强调储能系统安全建设的重要性及必要性 安全目标的实现首先需要通过掌握系统主要结构单元运行特性进而解析关键设备
5、失效机理及故障模式防范设备服役风险最终针对关键设备典型安全问题开发安全质量控制技术保障系统安全运行 所以为了确保系统能够安全运行第一步就要对系统的动态运行特性进行解析对于大型压缩气体储能系统的研究我国起步较晚对其动态特性缺乏深入认知严重阻碍了系统安全调控与设计技术的发展限制了压缩气体储能技术的普及 而 作为新一代长时储能技术要保障其安全运行首先必须解析系统动态运行特性了解系统在各种工况下的响应性能有利于预防和减轻突发事故的发生降低安全风险 对小型 系统的高压储罐进行了动态建模仿真和实验验证 研究了充放电过程中储罐温度的动态变化 这 为 系 统 的 设 计 提 供 了 参 考建立了 系统的动态模
6、型并通过实验数据对其进行验证 动态分析表明系统效率与实验数据吻合但系统效率比稳态分析低 左右 建立了应用于电网的 系统的动态数学模型并提出了可行的储能系统并网过程的控制策略 重点分析了系统在放电阶段的动态特性建立了液化空气储能()系统的动态模型并用于模拟膨胀阶段的各种操作条件仿真结果可用于支持 系统一次调频的运行控制策略为保证 技术的安全建设运行亟须深入解析其动态特性 本文基于模块化思想构建了 级吸附压缩二氧化碳储能系统模型并利用该模型分析系统在储能、释能过程中压缩机、膨胀机、换热器和储罐等关键设备的动态特性进行分析通过模拟释能过程中的典型扰动对释能过程各设备的响应特性进行分析并提出建议增进了
7、对动态特性认识为 的安全运行控制、系统设计提供了数据基础对推进 的推广和应用具有现实意义 系统描述 主要包括三级压缩储能过程、三级膨胀释能过程、储热/冷罐以及高/低压储罐其中低压储罐内含有 吸附剂可减小 分子间的斥力缩小存储体积 系统在蓄能阶段的运行过程中将风/光等可再生能源发出的电能进行转换存储 (低压储罐)(状态)释放的 分三个阶段(、)通过压缩机进行压缩在阶段之间(、)通过换热器对压缩气体进行冷却吸收由于压缩过程释放的热量并将超临界注入高压储罐进行储存完成储能过程 同时(冷罐)的冷水被泵入级间冷却器(、)吸收压缩热热水进入(热罐)储存 在此阶段随着 的不断填充(高压储罐)内部压力持续上升
8、当压力达到上限时储能阶段结束能量释放阶段在供电用户电力缺失瞬间开始(状态)释放的 由截止阀(状态)稳定然后通过前级再加热()和三级膨胀()完成能量释放能量释放的过程中通过带动与膨胀机相连的发电机发电完成电力供应过程 低压()进入 进行吸附和储存 由于 吸附剂孔径与分子之间存在强静电相互作用且低压 温度较低吸附过程可以自发进行因此吸附过程不需要额外的特殊条件 第三级涡轮排出的低压 温度较低吸附过程只需保证 的循环流量功耗可以忽略不计 在此阶段 的热水被泵入三级再热器(、)冷水放热后回 储存 在能量释放阶段由于 的不断释放 内部压力不断降低当压力达到下限时能量释放阶段结束整个释放过程平缓、波动小系
9、统通过上述步骤完成单个循环 在节流阀的作用下压气机和涡轮在设计条件下运行即压比和膨胀比恒定 系统运行原理如图 所示图 运行原理图 模型与方法.压缩机模型构建本研究对象为先进绝热压缩储能系统中的离心压缩机 本文为简化计算认为压缩机效率恒定不存在喘振、阻塞等不稳定现象在保证系统运行所需的精度范围下提高仿真效率压缩机模型 如式()()所示具体参数意义见表 表 模型变量的物理意义符号含义符号含义.、.压缩机进口、出口 质量流量/.、.换热器内进口、出口 的温度/.、.压缩机进口、出口 温度/换热器能效质量流量/释放的能量/比热比吸收的能量/压缩机绝热效率的换热系数/()压缩机输入功率.、.膨胀机进口/
10、、出口 压力/.压缩机进口 压力/.换热器进 压力/.压缩机出口 压力/换热器换热面积/压缩机单级压比.换热器出口 压力/压缩机总压比储气罐内储存的能量/压缩机级数大气压力/.压缩机进口 比焓/储气罐空气压力/.压缩机出口 比焓/储气罐容积/.、.膨胀机进口、出口 质量流量/储气罐内气体质量/续表 符号含义符号含义.、.膨胀机进口、出口 温度/储气罐进口空气质量流量/膨胀机绝热效率储气罐内单位质量气体内能/膨胀机内质量流量/储气罐换热系数/()膨胀机输出功率/储气罐换热面积/.、.膨胀机进口、出口 比焓/环境温度/、换热器内 质量、换热器金属管子质量、换热器内 的质量/储气罐进口空气温度/、换
11、热器内水比热容、金属管子比热容、定压比热容/()空气定容比热容/().、.换热器进口、出口 温度/气体常数/()换热器金属管子温度/储气罐内空气温度/在建立压缩机数学模型时进行以下假设:()不考虑压缩机内气体的体积()将储能过程视为绝热过程()压缩机内部不存在气体的排放或抽取()忽视流体所受质量力和动量效应的影响储能过程中压缩机的效率保持恒定 连续方程.()压缩机出口 温度方程.()()压缩机功率方程(.)()压气机出口压力方程.()压缩级级数 /().膨胀机模型构建膨胀机的工作原理可以看作是压缩机逆向过程使用压缩机的建模方法对膨胀机进行数学模型构建膨胀机数学模型如式()()连续方程.()膨胀
12、机出口 温度方程.()膨胀机功率方程(.)()膨胀机出口压力方程.().换热器模型构建将换热器视作一个开口的能量系统根据换热器部分通用方程工作流程遵循质量和能量的守恒定律 在储能阶段对换热器进行建模选用作为换热介质 换热器数学模型如式()():能量平衡方程.(.)()金属蓄热方程 ()冷却水能量平衡方程.(.)()传热方程.().()能效方程.()压降方程.().().储罐模型构建本文对 高压储罐的储气过程看作定容过程且在储能过程中不释放能量将 视作理想气体不考虑液化情况重点研究高压储罐内的温度和压力的变化 高压储罐的模型如式()():储气罐储存的能量()储气罐容积()()连续方程()能量平衡
13、方程 ()()理想气体公式 ()()()()将式()、()、()、()代入式()中可得到储能过程中高压储罐内部气体温度和压强的变化趋势()()()()同理可得释能阶段高压储罐内气体温度和压强的变化趋势 ()()()().系统模型构建采用模块化建模的方法构建系统仿真模型分别对系统中各关键设备建立模型 各设备的模块化模型可重复使用通过设置不同阶段中模块化模型所需的参数将其作为单一设备的子模块进行封装 然后根据系统各个阶段所需的设备间的关联性对各种设备的子模块进行拼接 最终形成储能系统完整的仿真模型主要包括储能阶段仿真模型和释能阶段仿真模型两部分 如图 和图 所示图 仿真模型 储能阶段 储能阶段仿真
14、模型包括压缩机模块()、换热器模块()数字、分别代表的是压缩与和换热器的级数.代表压缩机出口 压力.代表换热器 出口温度.代表压缩机 出口温度.代表常温罐出口温度代表储能阶段热罐的温度 模型中还包括储气罐模块()、压缩机输入轴功率()、储气罐内 压力()和储气罐内 温度()图 仿真模型 释能阶段 释能阶段仿真模型涉及压缩机模块()、换热器模块()数字、分别代表的是膨胀机与换热器的级数.代表膨胀机出口 压力.代表换热器出口 温度.代表膨胀机出口 温度.代表热水罐出口水温.是释能阶段常温罐的水温 模型中还包含储气罐模块()、常温罐()、膨胀机输出轴功率(.)、储气罐内 压力()和储气罐内 温度()
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 吸附 压缩 CO_ 282 29 系统 动态 特性 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。