【摘 要】
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长期以来,电力生产主要依靠火力发电,煤炭的消耗导致了大量二氧化碳的排放,从而对环境造成了极大的破坏。因此推动分布式能源的发展,改善电力系统结构,减少煤炭消耗是当前能源形势下的迫切需求。分布式能源包括液化天然气冷能（LNG）、地热能和风能:液化天然气在我国有相当大的进口量,其使用过程释放大量的高品位冷能;地热能是重要的可再生能源,在沿海地区储量丰富;风电在我国拥有相当大的装机容量。但上述能源未能得到
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长期以来,电力生产主要依靠火力发电,煤炭的消耗导致了大量二氧化碳的排放,从而对环境造成了极大的破坏。因此推动分布式能源的发展,改善电力系统结构,减少煤炭消耗是当前能源形势下的迫切需求。分布式能源包括液化天然气冷能（LNG）、地热能和风能:液化天然气在我国有相当大的进口量,其使用过程释放大量的高品位冷能;地热能是重要的可再生能源,在沿海地区储量丰富;风电在我国拥有相当大的装机容量。但上述能源未能得到有效利用,主要问题是:（1）目前液化天然气冷能主要通过冷能发电的形式利用,但是冷能发电具有波动性,造成分布式能源中电力供求不匹配的问题,因此利用率不高;（2）地热能由于温度较低,与环境温差较小,无法独立驱动热力循环发电;（3）由于风电具有大幅度的波动性,在分布式能源中与电力需求存在较大的错配性,因此风电无法得到有效利用。主要的研究工作内容包含以下方面:（1）首先建立了独立发电子系统,由LNG冷能和地热能双能驱动。针对双能发电与电力需求不平衡问题,将独立发电系统（PG）与压缩空气储能系统（CAES）有机地结合。通过储能系统的缓冲作用,使冷能-地热发电可控地释放到微电网中,实现电力供求平衡。同时针对冷能-地热发电和电力需求的不确定性,本文通过高斯分布预测供求平衡实现的概率,为储能系统应对电力不平衡提前做出响应提供基础。这一设计为提高冷能-地热能双能发电的使用率提供了可行性方案,可有效促进分布式能源的发展;（2）针对分布式能源中电力供求不匹配的问题,本文利用液化空气储能系统（LAES）与风电有机地耦合,针对风电大范围波动的问题,结合压缩机特性曲线提出了变压缩比与变流量的双参数调节方法,使得压缩机组的变工况运行范围得到极大地扩展。针对电力需求的波动性,结合膨胀机特性曲线提出了变转速和变膨胀比的双参数调节方法,使得电负荷较低时膨胀机组出力相应地降低,避免电功率浪费。另外,本文对蓄热填充床进行动态分析,并将瞬态表现与系统性能有机地关联,使得系统变工况计算更加接近实际情况,同时为储能系统的动态调控提供基础。上述调节方法为风能的有效利用提供了方案;（3）建立了上述两种设计方案的经济性评估模型,计算了这两者的收益率、回收周期和净现值,并对两种设计方案进行了技术性和经济性的比较;主要结论如下:（1）分析了CAES各部件运行参数对压缩功和膨胀功的影响,结果表明功耗与功输出对蓄热填充床的温度变化敏感性最高,这一结论为提升有效控制储能系统的功率调节指明了方向;（2）根据双能发电与电力需求不平衡分析,发电高峰时过剩电量为262 MWh,发电低谷时电力短缺为155 MWh,通过PG与CAES有机地耦合实现削峰填谷,使发电的使用效率从71.0%提升到88.7%;另外,考虑到电负荷和双能发电的不确定性,利用高斯分布估计了一天内完全供求平衡实现的概率（23%）;（3）在LAES与风能耦合的设计方案中,通过利用双参数调节方法,额定功率为60 MW的压缩机组实现了65 MW到40 MW的宽工况调节范围;额定功率为40 MW的膨胀机组实现了40 MW至3 MW的宽工况调节范围;LAES日储能量为285 MWh,缺电量为200 MWh。（4）技术经济性分析表明PG-CAES的动态收益率为16.3%,LAES的动态收益率为11.1%,均高于基准收益率8%,均具有经济可行性。但LAES具有更高的有效储能密度15.8 kWh/m~3,是CAES的5倍,是更具有发展前景的技术。
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