考虑海上风能波动的水下压缩空气储能系统能量转化特性

李梦杰; 刘占斌; 何雅玲; 朱曙荣

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (2) : 1 -12.

李梦杰, 刘占斌, 何雅玲, 朱曙荣

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摘要

为准确揭示海上风能波动性对水下压缩空气储能系统性能的影响规律，以先进绝热水下压缩空气储能系统为研究对象，首先，建立考虑风能波动性的海上风电-储能系统热力学模型；接着，提出关键设计参数的设计流程；最后，分析了额定工况与变工况条件下储能系统的能量转化特性。研究结果表明：随着导热油与空气质量流量之比κ_{o, a}的增加，水下输气管道散热损失与冷油罐散热损失的变化趋势相反，同时存在κ_{o, a}最优值为1.41,使得系统热损失最小，对应的最大系统能量往返效率η_rt为60.3%;设计工况下，储热与换热单元的（火用）损失最大，约占总损失的36.6%;稳定风速下，当风速偏离设计基础风速时，压缩机与膨胀机的效率降低，导致η_rt降低；扰动风速下，随着扰动风分量最大值v_{d, max}增加，受风机额定风速与切出风速的限制，v_{d, max}对储能系统平均发电功率的影响区域可分为快速增长区、增长减缓区以及降低区，3个区域内的η_rt均低于额定稳定工况下的设计值。研究可为水下压缩空气储能与海上风电的集成应用提供理论指导。