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压缩空气储能系统调相运行模式初探

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作者李广阔 1,陈来军1 ,郑天文 1,梅生伟1 ,范越2 ,卢强1


单位:1. 清华大学;2. 国网青海省电力公司


引言

压缩空气储能系统除承担基本调峰任务外还具备为电网提供动态无功支撑的潜力。同时,通过发电模式与调相模式的平滑切换,可避免透平发电机组频繁启停导致的转子轴系损伤,对延长机组的使用寿命大有裨益。


本文主要从技术原理、设计思路、性能评估、算例分析等方面探索并验证了压缩空气储能系统调相运行的有效性。


1. AA-CAES技术原理


AA-CAES系统典型运行方式主要包括压缩储能和释能发电两种模式(如图1所示)。储能时,利用弃风电、弃光电、低谷电等驱动压缩机,采用储热子系统回收压缩热,解耦存储压缩热能和高压空气势能;释能时,通过储热子系统预热透平的进气温度,经绝热膨胀实现压缩热能和高压空气势能的耦合释能发电。


图1 AA-CAES原理示意图


2. 调相运行模式设计


依本文设计思路,压缩空气储能共有三种运行模式(如图2所示)。

1

压缩-调相模式:在负荷低谷时段利用富余电力驱动压缩机,解耦存储压缩热能和高压空气势能。在压缩储能的同时,透平发电机组运行于调相模式。

2

发电模式:在用电高峰期,CAES依据电力调度指令,按照一定的调节速率实时调整有功出力。

3


调相模式:当调峰任务完成后,CAES再由发电模式切换至调相模式,为电网提供动态无功支撑。

图2  AA-CAES系统运行模式示意



3. 性能分析


无功调节能力

图3  CAES和SVC无功补偿效果对比

由于CAES励磁系统具有一定的强励和过载能力,在故障瞬间可以向电网注入更多无功,因此CAES较SVC具有更好的瞬态特性。


寿命损耗

图4  等效运行时间对比

由于避免了日常启停过程大大降低了等效运行小时数,故引入调相模式可有效减小机组的运维量。


储气压力变化

图5  储气库压力变化曲线

一天的运行周期结束后,储气库内空气的压力由4.5MPa减小至4.36MPa(仅降低了3.5%),说明AA-CAES长达20小时的调相运行仅需付出很小的代价即可实现。


4.总结与展望


鉴于电力系统对大容量调相机的实际需求及AA-CAES系统调相运行的巨大潜力,未来AA-CAES系统将在新能源汇集近区和多直流馈入的受端系统等应用场合发挥重要作用。


作者简介

李广阔


1990,男


博士研究生


主要从事电力系统分析与控制、大规模储能技术等相关技术研究工作。

陈来军


1984,男


博士,副教授


主要从事新能源发电运行控制、压缩空气储能和综合能源系统等相关技术研究工作。

郑天文


1987,男


博士


主要从事压缩空气储能、分布式发电与微电网、虚拟同步机技术等相关技术研究工作。


编辑张宇

审核:白恺


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