圖1.對應點分析模型
圖2.壓縮空氣儲能系統的熱㶲-機械㶲圖
電力儲能在可再生能源大規模接入, 電力系統削峰填穀, 分布式能源系統, 智能電網和能源互聯網等領域起著關鍵作用, 越來越受到國內外學者的廣泛關注. 在各種儲能技術中, 物理儲能系統具有環境友好, 經濟性好和規模大等優點, 具有廣闊的應用前景. 物理儲能系統的傳統優化分析方法通常針對系統流程逐個模組進行分析, 往往忽略儲能過程和釋能過程之間的能量關聯關係, 難於清晰揭示各過程之間能量耦合關係, 在系統優化時也存在容易顧此失彼, 很難達到全局優化的問題.
通過對物理儲能系統流程的分析發現其具有較強的對應性, 如抽水蓄能系統水位上升與水位下降過程, 蓄熱系統的儲能和釋熱過程, 壓縮空氣儲能系統的空氣壓縮和膨脹過程, 以及飛輪儲能系統飛輪加速和減速過程; 同時不僅流程對稱, 系統參數也存在很強的對應性. 因此, 基於物理儲能系統流程的對應性特點, 中國科學院工程熱物理研究所儲能研發中心以流程複雜的壓縮空氣儲能系統為例, 創新性的提出適用於對應點分析優化演算法 (CPM) , 並將該方法推廣至物理儲能系統.
如圖1所示, 壓縮空氣儲能系統流程存在對應性, 將流程對稱的過程稱為對應過程, 將流程上對稱的點稱為對應點, 模型將儲能過程和釋能過程各分為N個過程, 一一對應, 從而形成N個對應過程 (如圖中虛線框所示為第i個對應過程) 和N+1個對應點. 為了清晰表達系統中㶲轉換和傳遞特性, 提出了熱-機械㶲 (Eth-Emech圖) 映像㶲方法. 相對於傳統的優化分析方法, 對應點分析優化演算法具有以下優點: 能夠清晰揭示儲能和釋能過程之間的能量傳遞機理; 有利於探索不同熱力過程的耦合關係; 有利於獲得系統性能改進和優化的方向.
通過採用對應點分析優化演算法, 將壓縮空氣儲能系統優化後效率提升9.2個百分點. 研究工作得到國家自然科學基金, 國家重點基礎研究發展計劃 (973計劃) , 中科院前沿科學重點研究項目, 北京市科技計劃項目的支援, 相關研究成果在發表在Energy, Energy Conversion and Management, Applied Energy等期刊上.
