随着化石燃料的过度使用,气候环境问题日益凸显,进行能源结构调整势在必行。逐渐缩小燃煤电厂比重,大幅提高以风、光为主的可再生能源发电比重,成为未来电力发展的主要方向。由于可再生能源具有随机性、间歇性、波动性等特点,使得寻求一种可实现低成本调峰的方法成为当前研究热点。在此需求下,电力储能技术以其具有分时储/释能的特点受到越来越多的关注。压缩空气储能技术是未来可实现商业化运营的大规模电力储能技术之一,具有系统容量大、运行成本低、使用寿命长、建设选址受限制较小等特点,具有较好的应用前景。本文在介绍了现有压缩空气储能技术现状的基础上,通过控制液体流动压缩气体,建立了液控压缩空气储能系统概念,系统包括等温压缩、虚拟抽蓄、自适应液压势能传递和恒压储气四个子系统,具有气体近似等温过程运行、水轮机定水头发电、液压活塞多面积匹配及气体高效传输存储的特点。对各子系统进行了原理分析、系统设计与运行策略研究,并搭建了液控压缩空气储能系统实验模型,最后采用PLC控制对系统设计方案与运行策略进行物理实验验证,主要研究内容如下:(1)对液控压缩空气储能系统运行的热力学过程展开研究,通过理论推导比较了不同气液做功过程及对应损耗计算方法,提出基于温升控制的液控压缩储能技术,使气液做功实现近似等温过程运行;通过对多变过程做功路径的选择,提出了多热源条件下基于卡诺循环的液控压缩空气储能系统高效运行方案,令系统按照卡诺循环运行,气体在低温热源下等温压缩,高温热源下等温膨胀,以提高系统整体发电效率。(2)对气液做功过程中的高效控温技术展开研究,通过对比热传导、热辐射与热对流三种基本换热方式的适用工况,选择在两相流体直接接触条件下具有更高换热效率的对流换热为本系统方案,并结合化工领域填料塔传质原理提出基于强制气液循环的液控压缩技术,利用填料提高两相接触换热面积,加装强制气液外循环增强两相对流,实现气体近似等温变化过程;针对压力容器设计中存在的高耐压等级容器性能冗余情况,提出分级接力压缩方案,令气体随着压强变化依次进入耐压等级不同的压力容器中,通过限制每级压缩比,减小了高耐压等级容器体积,从而降低其建造成本。每个压力容器运行时均交替与两侧连通,气体做功与迁移过程同时进行,实现了压缩/膨胀过程的不间断运行,提高了液压设备利用效率。最后通过仿真计算,验证了上述所提方案的可行性。(3)对虚拟抽蓄技术展开研究,通过控制压力容器气体压强与液体循环流量,引入虚拟水头与虚拟水量概念,提出液控压缩空气储能系统虚拟抽蓄方法,使得水力设备可摆脱地形限制与压力容器配合实现高效运行;在系统功率发生变化时,以水力设备运行效率优先为前提,提出液控压缩空气储能系统发电模式和储能模式下的负荷调节策略,通过同时调节转速与水头,提高了水力机组运行效率。最后通过仿真计算,验证了上述所提方案的可行性。(4)对利用液压变压器实现高效势能传递和构建恒压网络提高水力设备运行效率问题展开研究,利用一组等比序列面积的多级液压缸组合替代多组间定活塞面积单级液压缸,并以此为基础提出了基于恒压网络和液压变压器的高效液体势能转换系统设计方案与运行策略,实现恒压势能与变压势能高效传递的同时,尽可能减少液压缸数量,降低其建造与维护成本。将液压设备与水力设备均接入恒压网络运行,两者共同调节恒压网络流量,可减少两者直接相连时因液压设备换向导致的水力设备空转损失,有效提高水力设备运行效率。最后通过仿真计算,验证了上述所提方案的可行性。(5)根据实验需求,设计搭建了传输功率10kW,压力等级1.6MPa的物理实验平台,研究采用PLC控制的系统程序设计,为液控压缩空气储能实验装置各子系统及整体运行提供控制方案,最后通过控制物理系统运行验证本文提出系统设计方案与运行策略的正确性。