压缩空气储能耦合热电联产机组的运行特性优化与经济性分析

为提升清洁能源占比日益增高的电网中热电联产机组(CHP)的运行灵活性，研究人员构建了350 MW热电联产机组与30 MW压缩空气储能(CAES)系统的耦合体系。通过仿真分析确定了最优耦合方案，揭示了压缩机效率、环境温度等参数对系统热效率的影响，并验证了降低外负荷可提升CAES系统往返效率(RTE)至78.35%，同时使热电联产机组热耗率降至7158.57 kJ·(kWh)?1 。该研究为清洁能源消纳与电网调峰提供了创新解决方案。

　　

随着风电、光伏等清洁能源在电网中占比持续攀升，传统热电联产机组面临严峻的调峰挑战。这类机组原本设计以稳定供热供电为主，难以快速响应电网负荷波动。与此同时，压缩空气储能(CAES)技术虽具有大规模储能潜力，但其压缩过程产生的废热利用不足，整体能效仍有提升空间。如何通过系统耦合实现能量梯级利用，成为破解清洁能源消纳与电网灵活性矛盾的关键科学问题。

华北电力大学的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表的研究中，创新性地将350 MW热电联产机组与30 MW CAES系统深度耦合。该研究通过EBSILON软件建立仿真模型，首次提出将CAES压缩热回收至锅炉给水系统，并利用四级抽汽为释能阶段供热的集成方案。研究显示，当外负荷从340 MW降至320 MW时，系统往返效率(RTE)提升5.92个百分点，同时机组热耗率降低61.5 kJ·(kWh)^?1
。更值得注意的是，技术经济分析表明储能功率与年运行次数是影响投资回报的核心参数，这为同类项目的商业化推广提供了量化依据。

研究团队主要采用三项关键技术：1)基于EBSILON的热力系统建模与仿真；2)多参数敏感性分析框架；3)动态投资回收期计算模型。通过对比8个回水位置(S1-S4/D1-D4)的能效表现，结合1-8级换热器(HEX1-8)的优化配置，实现了系统级能量整合。

确定最优耦合方案
通过比较不同回水位置对热耗率和能量利用率的影响，发现将压缩热导入第四级回热器可实现最佳热力学性能。该方案使锅炉(Q_h
)吸热量减少3.2%，同时高压缸(HPT)效率提升1.8%。

参数敏感性分析
压缩机(COM1-4)效率每提高1%，系统热效率相应提升0.45%；而环境温度每降低5℃，膨胀机(EXP1-4)输出功增加2.3%。研究特别指出，储气罐(AST)压力维持在7-9 MPa时，系统具有最优经济性。

运行性能验证
在储能阶段，当电网负荷需求从340 MW降至320 MW时，CAES系统的压缩功耗减少12%，同时冷凝水泵(CP)耗电量下降7.5%。释能阶段采用四级抽汽加热的方案，使低压缸(LPT)排汽温度稳定在32℃以下。

技术经济评估
当CAES年运行次数超过200次时，项目动态回收期可缩短至6.8年。敏感性分析显示，储能功率每增加10 MW，单位投资成本下降8%。

该研究开创性地实现了热电联产与CAES的协同优化，其创新价值体现在三个方面：首先，通过热力系统深度耦合，将传统CAES的废热转化为有效热能；其次，建立的参数敏感性模型为同类项目提供了设计基准；最后，提出的经济性评估框架填补了该领域技术经济分析的空白。彭利团队的研究成果不仅为构建新型电力系统提供了关键技术支撑，其揭示的"储能功率-运行次数-投资回报"量化关系，更为能源企业参与储能市场提供了决策工具。值得注意的是，研究中发现的回水位置敏感效应，为后续开发自适应耦合控制系统指明了方向。这些突破性进展，将加速我国"双碳"目标下灵活性调节资源的规模化应用。