含压缩空气储能的微网复合储能技术及其成本分析

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1、第39卷第10期2015年5月25日Vol．39No．10May25，2015DOI:10．7500/AEPS20140318006含压缩空气储能的微网复合储能技术及其成本分析田崇翼，张承慧，李珂，王静(电力电子节能技术与装备教育部工程研究中心，山东大学，山东省济南市250061)摘要:为提高微网运行稳定性与可再生能源利用率，提出了一种由压缩空气储能、蓄电池与超级电容组成的新型多元复合储能系统。首先，在压缩空气储能系统建模及工作特性分析基础上，设计了基于平滑控制的复合储能系统能量管理策略，并给出了该新结构的全生命周期成本计算方法。然后，通过

2、对并网和离网两种模式的微网运行算例仿真，验证了复合储能系统不仅对微网运行中不同频段功率波动均具有较好的平抑效果，而且可有效提高微网的可调度性。最后，对不同复合储能方案的对比分析表明了新型多元复合储能系统的成本优势与可行性。关键词:复合储能;压缩空气储能;能量管理;容量配置;全生命周期成本;经济性［13-14］0引言时采用高压气罐储气技术，不仅对环境选址几乎没有特殊要求，而且极大地减小了储能装置整体微网能够将可再生能源供电系统、可控电源、储体积，可以实现小型化，为微网提供了一种理想的能能系统、本地负荷等有机地结合在一起，从而为可再量型储能设备

3、。美国SustainX公司已经推出了基于［1-2］生能源并网提供了有效的技术途径。其中，储能［15］储热技术的1．5MW等温压缩空气储能系统，中系统作为微网必不可少的组成部分，对于提高微网国科学院工程热物理所也建了国内首套1．5MW的的电能质量、稳定性和运行效益，以及实现削峰填谷压缩空气储能示范工程。现有文献对压缩空气储能［3-4］意义重大。然而，在目前的技术条件下，单一的的研究多集中在其自身原理分析和结构设计方储能方式，比如现有适用于微网应用的蓄电池、超级［16-20］面，对压缩空气储能在微网中的能量管理，特［5-6］电容、飞轮储能、超导

4、储能等，均无法同时兼顾能别是与微网中其他储能方式的协调控制方面研究较量密度和功率密度的需求，复合储能技术应运而少。［7］生。本文提出一种由压缩空气储能、蓄电池、超级电复合储能技术通过将能量型和功率型储能元件容组成的新型多元复合储能系统方案，根据微网功有机结合，不仅能满足微网对储能系统能量和功率率波动的多时间尺度特性和储能系统自身响应特的多重需求，而且可延长储能元件的循环寿命。蓄征，设计了基于平滑控制的多储能装置能量管理分电池和超级电容的组合由于其技术比较成熟且互补配策略，有效提高了微网运行的稳定性与可调度性，性较强，是当前微网中应用最广泛的

5、复合储能方同时在基于全生命周期成本分析的基础上，对比了［7-9］案。然而，蓄电池存在成本高、寿命短，尤其是废不同复合储能方案的经济性。弃二次污染等负面问题，设法避免或降低微网中蓄电池的使用已成为业内的新热点［10-12］。1复合储能系统结构及建模压缩空气储能系统具有储能容量大、储能周期1．1多元复合储能系统结构长、寿命长和投资相对较小等优点而备受国际社会图1为含压缩空气储能的多元复合储能系统结［13］关注。特别是近年来大力发展的先进绝热压缩构示意图，其中采用永磁同步发电机的小型风电系空气储能(AACAES)系统，克服了早期压缩空气储统和压缩

6、空气储能系统通过AC/AC变换器直接接能电站对化石燃料的依赖，彻底实现了零排放。同入微网的交流母线，超级电容和蓄电池先通过各自的DC/DC变换器连接到直流母线上，再通过统一的DC/AC变换器连接到交流母线上。微网交流母线收稿日期:2014-03-18;修回日期:2014-07-03。国家自然科学基金重大国际(地区)合作研究项目经过公共连接点(PCC)接入配电网。图中:Pw，Pca，(61320106011);国家自然科学基金青年基金资助项目Psc，Pba分别为风电机组、压缩空气储能、超级电容和(51107069)。蓄电池的输出功率。36田崇

7、翼，等含压缩空气储能的微网复合储能技术及其成本分析气体膨胀释能过程中，储气罐中的常温气体首先通过换热器吸热升温，设经过换热器后气体的温度为Tx，膨胀过程释放能量可由式(3)表示:kVpdWe=ηTＲcpTx[1－(p)]dp(3)0g0对上式进行积分，可得储气罐压力由p2下降到p1释放的总能量为:p0VγTx11－k1－kWe=η[(p2－p1)－(p2－p1)](4)γ－1T01－k图1系统结构现有文献已对蓄电池和超级电容储能模型有相Fig．1Systemstructure关探讨，本文不再赘述。1．2压缩空气储能系统建模及特性分析2复合储

8、能系统能量管理及容量配置压缩空气储能技术是20世纪提出的一种利用压缩空气内能实现能量存储的储能技术，早期的压2．1能量管理策略缩空气储能电站(如德国的Huntorf电站和美国的为