[发明专利]先进绝热压缩空气储能能量枢纽设备及其建模方法

权利要求书

1.一种先进绝热压缩空气储能能量枢纽设备，其特征在于，包括：压缩机、透平机、换热器、储气罐、热负荷、电加热装置、热泵以及储热系统；其中，所述储热系统包括高温储热罐、低温储热罐以及常温储热罐；

压缩侧换热器与储气罐的进口端相连，所述储气罐的出口端与透平侧换热器相连；其中，所述压缩侧换热器是与压缩机相连的换热器，所述透平侧换热器是与所述透平机相连的换热器；

所述高温储热罐的进口端分别与压缩侧换热器的出口端、所述电加热装置相连，所述高温储热罐的出口端分别与热负荷、透平侧换热器的进口端相连；

所述低温储热罐的进口端与热泵相连，所述低温储热罐的出口端与热负荷相连；

所述常温储热罐的进口端分别与热负荷、透平侧换热器的出口端相连，所述常温储热罐的出口端分别与热泵、电加热装置以及压缩侧换热器的进口端相连。

2.一种先进绝热压缩空气储能能量枢纽设备的建模方法，用于为权利要求1所述的先进绝热压缩空气储能能量枢纽设备建立模型，方法包括：

根据先进绝热压缩空气储能能量枢纽设备的结构，确定先进绝热压缩空气储能能量枢纽设备模型中所包含的装置；

根据常温储热罐传热流体的输出流率、传热流体在压缩侧换热器内的温度变化情况以及压缩侧换热器内的温度变化情况，构建空气压缩过程的热能转换关系；

根据高温储热罐传热流体输出流率、传热流体在透平侧换热器内的温度变化情况以及空气在透平侧换热器内的温度变化情况，构建空气膨胀过程的热能转换关系；

根据传热流体的流动状况，构建储热系统所包含的各个储热罐的传热流体质量的动态变化关系；

根据传热流体的流动状况，构建传热流体在先进绝热压缩空气储能能量枢纽设备中不同装置间传输时的质量均衡关系；

为跨品位供热过程设置约束条件；

根据高温储热罐的温度信息与常温储热罐的温度信息，为电加热装置构建功率消耗模型，根据低温储热罐的温度信息与常温储热罐的温度信息，为热泵构建功率消耗模型。

3.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述根据常温储热罐传热流体的输出流率、传热流体在压缩侧换热器内的温度变化情况以及压缩侧换热器内的温度变化情况，构建空气压缩过程的热能转换关系，包括：

对于第i级空气压缩，热能转换关系为：

其中，1≤i≤n_c-1，n_c表示空气压缩的最末级；c_oil表示传热流体热容，其为常数；表示在t时刻、第i级压缩阶段常温储热罐传热流体的输出流率；表示在t时刻、第i级压缩阶段换热器传热流体输出温度；表示在t时刻、第i级压缩阶段换热器传热流体输入温度；表示空气的热容，其为常数；表示压缩过程的空气质量流量；表示在t时刻、第i级压缩机出口端的空气温度；表示在t时刻、第i+1级压缩机进口端的空气温度；

对于空气压缩的最末阶段，热能转换关系为：

其中，表示空气压缩侧的第n_c级换热器出口端的空气温度。

4.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述根据高温储热罐传热流体输出流率、传热流体在透平侧换热器内的温度变化情况以及空气在透平侧换热器内的温度变化情况，构建空气膨胀过程的热能转换关系，包括：

对于第1级空气膨胀，热能转换关系为：

其中，表示在t时刻、第1级膨胀阶段高温罐传热流体输出流率；表示在t时刻、第1级膨胀阶段换热器传热流体输入温度；表示在t时刻、第1级膨胀阶段换热器传热流体输出温度；表示膨胀过程的空气质量流量；表示第1级透平机入口端的空气温度；τ^st表示储气罐温度；

对于空气膨胀中除最开始阶段外的第j阶段，热能转换关系为：

其中，2≤j≤n_e，n_e表示空气膨胀的最后阶段；表示在t时刻、第j级膨胀阶段高温罐传热流体输出流率；表示在t时刻、第j级膨胀阶段换热器传热流体输入温度；表示在t时刻、第j级膨胀阶段换热器传热流体输出温度；表示第j级透平机入口端的空气温度；表示第j-1级透平机出口端的空气温度。