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燃煤电厂与压缩空气储能三联产系统研究取得进展 Engineering |
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论文标题：Characteristics Analysis of Integrated CAES and CFPP Trigeneration System Considering Working Conditions and Application Scenarios
期刊：Engineering
DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.06.015
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哈尔滨工业大学刘金福教授团队在中国工程院院刊《Engineering》发表题为 “Characteristics Analysis of Integrated CAES and CFPP Trigeneration System Considering Working Conditions and Application Scenarios” 的研究性文章，提出一种先进的燃煤发电厂（CFPP）与压缩空气储能（CAES）联合循环三联产系统。该研究由哈尔滨工业大学李佳佳、颜培刚等学者完成，为能源系统的优化和可持续发展提供了重要参考。
在全球向清洁绿色能源结构转型的背景下，可再生能源发电占比逐渐增加，但因其自身特性，给电力系统的安全性和稳定性带来挑战。CFPP 作为目前可调度能源机组的主要来源，在电网中的角色正发生转变，不过其深度调峰运行时存在诸多问题。CAES 技术虽优势明显，但效率和成本问题限制了其应用。将两者集成，有望实现优势互补。
研究人员首先分析了 CFPP-CAES 集成的热力学机制。从热力学角度看，CAES 系统类似开式循环燃气轮机设备，与 CFPP 集成后，可基于温度匹配和级联使用原理，实现能量的相互作用。这不仅能更合理地利用回收的压缩热，还能消除充放电过程中热能的自然限制，提高能源使用效率。该集成系统具有增强调控能力、提高热经济性和更好经济性等优势。
在此基础上，研究提出了基于 CFPP-CAES 联合循环的三联产系统。该系统有发电、热电联产和冷电联产三种运行模式。研究建立了热力学分析模型和经济分析模型，对系统进行全面评估。在热力学分析中，研究探讨了不同工况下三种运行模式的系统性能和热力特性。例如，在发电模式的充电过程中，从给水系统低温点取水冷却压缩空气并提高回水温度，可提升系统性能；放电过程中，用低品位水和蒸汽预热压缩空气，能提高系统性能。最优集成方案下，每个循环可节煤 2.85t，往返效率提高 2.24%。热电联产模式下，系统效率可达 77.5% 以上；冷电联产模式下，系统效率可提升至 69% 以上。
图1. 基于CFPP-CAES联合循环的三联产系统示意图。（a）CFPP和（b）CAES系统。G：发电机；LP：低压气缸；IP：中压气缸；HP：高压气缸；SW：开关；HTR：给水加热器；DEA：除氧器；C1：#1空气冷却系统；C2：#2空气冷却系统；H1：#1空气加热系统；H2：#2空气加热系统；LE：低压空气膨胀机；HE：高压空气膨胀机；HC：高压空气压缩机；LC：低压空气压缩机；M：电机；Ain、Bin和Cin指三级中冷器从CFPP给水系统提取冷源的位置；Aout、Bout、Cout分别是与CAES系统进行热交换后的组合位置；Din和Ein是CFPP中两个预热器的热源位置；Dout和Eout分别是指加热空气后的回注点。
在技术经济分析方面，研究以中部地区为典型应用场景进行研究，结果表明，与独立 CAES 系统相比，该集成系统经济效益显著提高，动态投资回收期缩短 11.33 年，内部收益率提高 5.20%。研究还发现，多能源生产有助于提升系统经济性，该系统在气候寒冷地区更具投资价值。
综上所述，该研究定性分析和定量论证了集成 CFPP 和 CAES 系统的技术优势，其结果和结论为新型系统的设计、运行和投资提供了指导，有助于推动能源系统向更高效、更可持续的方向发展。
文章信息：
Characteristics Analysis of Integrated CAES and CFPP Trigeneration System Considering Working Conditions and Application Scenarios
不同工况和应用场景下CAES-CFPP三联产系统特性分析
作者：
李佳佳, 颜培刚, 周国文, 李兴朔, 李强, 刘金福*, 于达仁
引用：
Jiajia Li, Peigang Yan, Guowen Zhou, Xingshuo Li, Qiang Li, Jinfu Liu, Daren Yu. Characteristics Analysis of Integrated CAES and CFPP Trigeneration System Considering Working Conditions and Application Scenarios. Engineering, 2024, 34(3): 233–245
开放获取论文：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.06.015
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