高温熔盐蓄热风电系统设计及研究
刘畅
学位类型博士
导师戴志敏
2018
学位授予单位中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
关键词高温熔盐蓄热 风力发电 区域供热 风电消纳 经济性分析
摘要风能资源在缓解化石燃料紧缺、应对全球气候变化、促进能源结构转型、增强能源多样性、满足经济社会日益增长的供电需求等方面被赋予了重要期望和意义。风能资源作为最重要的可再生能源之一,在未来几十年中,不断地扩大规模并接入到能源网络将成为必然的能源发展趋势。然而风能资源由于其自身的间歇性、波动性和季节性等特点导致风力发电在大规模、区域化集中的条件下与电网进行对接时,在调度运行、调峰调频以及风电消纳能力等方面造成了一系列的难题。目前,众多研究结果表明,寻找一种成本低廉、大容量的储能技术对提升电力系统灵活性、提高风电利用比例具有重要意义,也是当前各国较为关注的关于弃风限电问题的解决策略之一。本论文首先介绍了国内外风电和风电储能技术的发展概况,分析了熔盐蓄热技术的特点、应用趋势与现状,并根据风能资源的特点以及不同形式的应用需求,选择了以双罐式熔盐蓄热技术作为风电储能手段,分别对高温熔盐蓄热风电供电系统、高温熔盐蓄热风电供热系统以及高温熔盐风电供电-供热系统进行了初步的方案设计。对于一个集成了风力发电和熔盐蓄热的集成化系统来说,它包含了机械发电、流体力学和传热学等多学科领域。不仅如此,构成该系统的组件无论个数和种类也都非常多,因此系统模型的构建工作复杂度较高。根据高温熔盐蓄热风电系统组件的设计和运行原理,详细推导了相应组件的数学模型,利用多物理多领域建模语言Modelica和Dymola软件平台,基于推导的数学模型建立了包括风力发电、熔盐蓄热、朗肯循环以及区域供热等重要系统模块所涉及的各类组件的通用组件模型库,并分别对这些组件模型和重要系统模块进行了单元测试与分析,为高温熔盐蓄热风电系统的优化设计和性能分析奠定了基础。基于建立的模型库,分别构建供电、供热以及供电-供热相结合的三种不同应用形式的高温熔盐蓄热风电系统模型,并进行了系统动态特性分析与参数研究,讨论了高温熔盐蓄热风电系统对提高风能利用率的技术可行性。经济性分析是方案可行性分析的重要内容之一,论文最后结合现有风电和蓄热项目建设与运行经验,给出高温熔盐蓄热风电系统的经济可行性评估方法,采用平准化成本、内部收益率、投资回收期在内的重要经济性评估指标,综合评估了高温熔盐蓄热风电系统的经济性。研究表明,本论文给出的高温熔盐蓄热风电系统设计方案能够有效提高风能利用率、能够在高比例的弃风限电情况下改善系统的经济性;比较高温熔盐蓄热风电供电和高温熔盐蓄热风电供热系统的运行性能和经济性,在风电供热应用中更有利于体现熔盐蓄热技术的优势。本论文建立的模型库和分析方法,可应用于任意风电-熔盐蓄热集成系统的优化设计及分析。高温熔盐蓄热风电系统所采用的低成本、无污染的高温熔盐储能技术,对提升电力系统灵活性、提高风电利用比例、减少化石能源依赖均具有重要意义,可作为当前国内外较为关注的弃风限电和节能减排问题的解决策略之一。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/28479
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
刘畅. 高温熔盐蓄热风电系统设计及研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2018.
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