考虑热耦合特性的先进绝热压缩空气储能系统配置优化研究

针对先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统中压缩侧与膨胀侧热耦合特性影响配置优化的问题，研究人员建立了考虑TES(储热系统)温度耦合的AA-CAES模型，提出基于分布鲁棒机会约束(DRCC)的配置优化方法。案例研究表明，该方法使日均净收益提升21.32%，投资成本仅增加3.13%，为工程参数优化提供了重要参考。

　　

随着全球气候恶化问题加剧，可再生能源的快速发展面临出力波动性挑战。压缩空气储能(CAES)因其低成本、高效率优势成为重要解决方案，其中先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)通过储热系统(TES)实现能量回收，但系统内压缩侧与膨胀侧的热耦合特性长期未被充分研究。现有模型多将两侧解耦分析，忽视TES介导的温度关联，导致配置优化结果偏离实际工程需求。

针对这一瓶颈，中国电网公司资助的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表研究，创新性地构建了考虑TES温度耦合的AA-CAES全系统模型。该研究通过建立压缩机出口温度与膨胀机入口温度通过TES的数学关联，首次量化了热参数跨侧耦合效应。采用分布鲁棒机会约束(DRCC)将不确定性转化为线性约束，基于中国金坛60MW/300MWh商业化电站数据验证显示：优化后系统日均净收益显著提升21.32%，投资成本仅微增3.13%。

关键技术方法包括：1) 建立含多级压缩/膨胀的AA-CAES热力学耦合模型；2) 采用DRCC处理电价不确定性；3) 基于中国实际电站运行数据验证；4) 对膨胀压力上限、换热效率等参数进行敏感性分析。

AA-CAES结构
系统包含三级压缩、两级膨胀和双温区TES。研究创新性地通过TES温度项T_tes^low-temp和T_tes^high-temp耦合两侧热变量，揭示压缩机出口温度T_out^c与膨胀机入口温度T_in^e的传递关系。

优化目标
建立双目标函数：min F^inv+F^opr，其中投资成本F^inv含压缩机成本Z^c=58.065∑(m?^c/(0.9-η_i^c))β_i^clnβ_i^c，运营收益F^opr考虑分时电价a_t^grid。

案例验证
基于滑动压力运行的商业电站，优化后关键参数变化：高压膨胀压力上限提升12%，TES高温区温度降低8°C，压缩机压力比β^c调整至3.2-3.5区间。

敏感性分析
揭示膨胀压力上限每增加1MPa，净收益边际效应递减5.7%；热交换效率超过85%时，系统效率提升趋于平缓；DRCC置信水平ε=0.05时经济性最优。

该研究突破性地将热耦合特性纳入AA-CAES配置优化框架，提出的DRCC转化方法为含不确定性能源系统优化提供新思路。实际工程应用表明，通过精细调控TES温度参数，可在有限成本增加下显著提升经济效益。研究结果对指导中国在建的GW级AA-CAES电站设计具有重要参考价值，未来可扩展至其他多能耦合储能系统优化领域。