退役燃煤电厂卡诺邱健蓄电池储能改造的热力学性能分析

将退役燃煤电厂(CFPPs)改造为卡诺电池(CB)并配备热能贮存(TES)系统，可能是助力电网消纳更多可再生动力的有用途径。针对退役CFPP改造为CB进程中的参数匹配问题，本文提出通过给水温度调度法和蒸汽参数调度法来调整朗肯循环结构研讨结果标明，给水温度调度法与蒸汽参数调度法可分别将电热转化（P2H）型方案的往复功率进步0.29%至0.95%与0.91%至0.97%。关于热泵（HP）构建的CB系统，两种方法则可分别完结0.09%至0.38%与0.95%至1.02%的功率进步。灵敏性分析显现，给水温度调度法更适用于P2H型方案，且对排汽压力改动具有显着灵敏性。而蒸汽参数调度法则比照赛进程中热源侧吸热参数改动灵敏，通过调度该参数可获得1.36%的功率进步热力学参数在热电联产方法下，CB的能量运用功率最高可分别抵达79.86%（P2H）和94.30%（HP）。此刻，仍可选用上述两种调度方法获得接近发电不同模型在供热读档。经折现后的CO2减排量不同改造方案在不同规划工况下的减排系数分别可达约0.38吨/兆瓦时（电转热）与0.46吨/兆瓦时（热泵）。本研讨有望为燃煤电厂退役机组改造为生物质耦合发电设施以完结可再生动力消纳供应详尽的参考依据。

导言

下降化石动力耗费以缓解温室效应是现代社会面临的急迫使命[1,2]。进步可再生动力在电网中的占比是构建清洁低碳动力系统的有用途径[3,4]。以光伏和风电为代表的可再生动力已在电网中大规划部署[[5], [6], [7]]。可是，由于可再生动力具有动摇性与随机性特征，电网正面临可再生动力消纳与安全确保的两层挑战[8,9]。
致力于进步电网消纳可再生动力的才干，制作区域储能电站已成为重要突破口[10]。不同学者已提出依据大规划电池储能[[11], [12], [13]]、化学储能[[14], [15], [16]]、抽水蓄能[17,18]、压缩空气储能[19,20]以及抽热蓄能（卡诺电池，CB）[[21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33]]的储能电站方案。电池运用（如锂离子电池）已开展老练，但面向大规划运用的电池储能系统本钱昂扬。针对电网需求的大容量电池储能技术受多重要素限制，包含功用衰减、运用寿命、维护本钱等[[11], [12], [13]]。现有研讨[[14], [15], [16]]探讨了运用可再生动力或充裕电力出产燃料（甲醇、氢气）的可行方案。该技术出产的燃料产品具有高能量密度与稳定性，可完结长时间贮存并在不同地区间进行生意。可是与更为广泛运用的热能贮存（TES）技术比较，热化学储能本钱较高且无法为电网供应旋转惯性。抽水蓄能技术具有高效性、灵活性与可靠性，学者们已盘绕抽水蓄能促进风电消纳提出了有用处理方案[17,18]。压缩空气储能技术同样能供应多元电网服务，已有学者研讨将其用于优化电网调度以获取收益[19,20]。但抽水蓄能技术与压缩空气储能技术均易受当地地舆条件束缚。
依据热力学循环的压缩空气储能技术可有用补偿这些缺陷，有望完结吉瓦时级电能的低本钱存储。Yang等人[[21], [22], [23]]将依据布雷顿循环的压缩空气储能概念运用于可再生动力消纳场景，并提出了一种习气负荷动摇的操控战略。此外，研讨还优化探讨了压缩空气储能的经济性与热力学功用。P. Farres-Antunez等人[24]为太阳能与压缩空气储能（CB）的集成规划开发了两种情形，通过分析多性向参数的影响，可获得略低于60%的往复功率。O. Dumont等人[25]分析了包含高温与低温储能的多种CB情形，结果标明该技术相较其他方法更具竞争力。实际上，无论是热泵（HP）型还是电转热（P2H）型技术，均可作为热充电进程的完结手法。Vinnemeier等[26]点评了不同CB概念的热力学潜力，并分析了不同规划条件对功用的影响。研讨结果标明，集成P2H技术可下降方案的难度。
为下降压缩空气储能电站（CBs）的出资本钱，学者们将其制作与燃煤电厂（CFPPs）退役改造相结合。将退役CFPPs改造为CBs触及两个重要概念：电制热（P2H）法与热泵（HP）法[[27], [28], [29]]。依据CB理念，学者们提出了不同的退役CFPPs改造方案。Kosman等人[30]提出选用P2H方法加热熔盐，在可再生动力发电占比下降时发生高温蒸汽驱动汽轮机。Geyer等人[31]研讨了选用P2H技术改造的退役CFPP，分析了改造本钱、往复功率及不同储热容量方案。Zhang等人[32]提出依据熔盐储热（TES）技术和P2H技术的CFPP改造方案。研讨结果标明该方案可促进可再生动力消纳，有助于减少二氧化碳2排放。Han等[33]分析了依据不同改造方法（如高温热泵系统与电转氢系统）的退役燃煤电厂热力学功用，并根究了组件参数改动对改造后系统功率的影响规矩。J. Blanquiceth等[34]提出了一种多热源加热熔盐储热系统的处理方案，可满足退役电厂朗肯循环参数需求，其往复功率可达50%。B Truong等[35]分析了四种运用可再生电力作为燃煤电厂热源的集成方案，并主张进一步开发这些集成方案的操控系统。热电联产（CHP）是燃煤电厂能效进步的常规手法[36]。Ales Basta等[29]探讨了将退役燃煤电厂改造为热电联产方法下电制热型CB（P2H）的设想，该方案可显着下降能量转化进程中的冷源损失。分析标明，该方案本钱低于其他选项，并能更充分发挥CB概念的优势。
燃煤电厂（CFPP）的调峰才干与机组容量密切相关。运用熔盐蓄热（TES）技术将低容量及退役燃煤电厂改造为压缩空气储能电站（CB），可有用进步其调峰才干。此类改造将增强燃煤电厂在未来电力系统中的功用定位。可是现在关于退役燃煤电厂的研讨仍显缺乏，尤其在蓄热侧与释热侧的参数匹配方面。因此，有必要在改造方案中完结不同热力进程参数的匹配优化，并深化根究压缩空气储能电站的热力循环方法。
针对热蓄能进程与释能进程中的参数匹配问题，本文提出两种循环结构调整方法。研讨通过建立精细数学模型，模拟了CB在蓄热与释热进程中的功用表现。探讨了两种结构调整方案对不同CB构型的功率增益，并分析了该增益效应对多重参数的灵敏性。一起研讨了CB在多产品供应方法下的热力学改进效果及其CO2减排潜力。2本文首要立异点在于：1)提出两种循环结构调整方法；2)研讨六种CB转化方案在多性向产品供应方法下的工作特性；3)量化杂乱工作方法下不同CB方案的CO2减排潜力。