动力工程学报

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特约主编寄语

2024, 44(3): 0-0.

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物理储能基础研究及应用技术

新型气液相变压缩二氧化碳储能系统性能分析

王鼎, 刘仕桢, 施东波, 谢永慧

2024, 44(3): 339-347. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230648

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为了推动大规模、高效率储能技术的发展，提出了一种新型气液相变压缩二氧化碳储能系统。该系统整体压力水平低于CO₂临界压力，有效降低了部件制造难度，改善了系统经济性。对该系统进行了热力学与经济性分析，结果表明：典型设计工况下系统的储能效率为65.35%，投资回收周期约为5.50 a。㶲分析结果表明：透平的㶲损最大，为1.23 MW；蒸发器具有最小㶲效率，为9.41%。参数分析结果表明：增大CO₂冷凝温度、压缩机等熵效率、透平等熵效率，或降低换热器2冷端和热端温差、换热器3冷端温差，均有利于提升系统储能效率，同时缩短系统投资回收周期。

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物理储能基础研究及应用技术

管线钢储气过程热力变化及其对压缩空气储能特性的影响

吕修业, 蒋俊, 郝宁, 刘传亮

2024, 44(3): 348-354. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230565

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由于压缩空气储能系统在储气过程中，储气库中压缩空气的压力和温度不断发生变化，会直接影响压缩机的输出功率和实际储气量，以管线钢作为储气库的形式为例，采用数值求解微分方程的方法首先分析了15 m管线钢在绝热工况下压缩空气的温升效应，并采用Fluent进行仿真验证。在考虑管线钢温升以及不同传热工况下，对3 024 m的长距离管线钢进行了储气过程的热力计算，并将储气过程与压缩机做功过程进行耦合计算，获得储气过程中压缩空气的压力和温度，压缩机的输出功率、储气库实际储气量等参数的变化规律。结果表明：当综合传热系数为0 W/（m²·K）、1 W/（m²·K）、5 W/（m²·K）和25 W/（m²·K）时，充气结束时的压缩空气质量平均温度分别为315.39 K、311.65 K、301.52 K和291.35 K，储气量分别为244.64 t、252.60 t、275.77 t和301.35 t。

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物理储能基础研究及应用技术

压缩空气储能系统膨胀机末级叶片特殊边界处理与失效分析

刘畅, 朱阳历, 张华良, 陶海亮, 李俊, 左志涛, 陈海生

2024, 44(3): 355-360. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230539

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以压缩空气储能（CAES）系统中膨胀机末级叶片为研究对象，针对末级叶片的离心力工况，提出了一种高效的等效叶冠约束模型，并对比了循环对称约束模型和多叶片模型的仿真结果。同时，还开发了一种能够模拟弹塑性和失效行为的本构程序。结果表明：与其他模型相比，等效叶冠约束模型的仿真结果与全尺寸模型结果最接近，兼具精度和效率优势；所编写的本构子程序可有效模拟17-4ph钢的应力-应变响应曲线；针对所研究的叶片构型，当失效发生在叶片径向约1/4位置处时，失效区域快速扩大。

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物理储能基础研究及应用技术

吸收式制冷压缩CO₂储能系统性能分析

刘希锴, 王鼎, 刘仕桢, 张荻

2024, 44(3): 361-368. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230610

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提出了一种结合了吸收式制冷循环的压缩CO₂储能系统，该系统采用分流的方式，将一部分CO₂引流至二级压缩机，将压缩产生的热量提供给吸收式制冷循环，使其启动工作并提供冷量给主路CO₂，同时使用高压罐储存液态CO₂，从而提高系统的储能效率。此外，对该系统进行了热力学分析和多目标优化。结果表明：在设计工况下，吸收器、一级压缩机、透平和级后换热器的㶲损较大；本系统的储能效率随着冷凝压力、压缩机等熵效率和透平等熵效率的增加而提高，而储能压力的增大会使系统的储能效率降低；系统的最佳储能效率为68.70%，能量密度为0.153 kW·h/m³。

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物理储能基础研究及应用技术

集成恒压压缩空气储能的燃气轮机CCHP系统特性研究

张斌, 王光磊, 徐震, 周广杰

2024, 44(3): 369-375. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230592

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燃气轮机冷热电三联供（CCHP）技术发展前景广阔，但存在部分负荷运行效率不高、热-电输出耦合性强、热电比调节不灵活等问题。构建了集成恒压压缩空气储能（CAES）的新型燃气轮机CCHP系统，建立了压气机、燃烧室、透平、余热锅炉、换热器、喷射器、水泵/水轮机等部件的热力学模型，分析了采用抽气-释气流量调节策略的系统运行特性。结果表明：抽气、释气系数在0~0.2内时，新型系统热电比调节范围为0.58~2.27，一次能源利用率稳定在58.1%~59.5%，㶲效率不低于32.2%，可实现宽工况高效运行。

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物理储能基础研究及应用技术

计及灵活经济环保运行的火电-飞轮储能系统容量配置与调频参数协同优化

陈彪, 王玮, 高嵩, 李沂洹, 张文政, 房方

2024, 44(3): 376-384. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230417

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提出了一种计及灵活经济环保运行的火储系统容量配置与调频参数协同优化方法。首先，设计了一种基于低通滤波自动分配火储功率和考虑储能荷电状态自恢复的火储联合一次调频协调控制策略；综合考虑系统调频性能、投入运行成本、污染物排放等，建立了火储容量配置与调频参数协同优化模型，并给出了基于粒子群算法的求解方法。最后，以某火储系统为例进行仿真验证。结果表明：协调控制策略和协同优化方法具有有效性。

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物理储能基础研究及应用技术

与燃煤机组耦合的液化空气储能系统技术经济分析

史幸平, 刘乙学, 王妍, 张千旭, 安旭刚, 吕凯, 何青

2024, 44(3): 385-395. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230644

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液化空气储能（liquefied air energy storage，LAES）因其存储规模大和不受地理条件限制的独特优势，可参与现有燃煤机组的调峰改造，以推进新型电力系统的建设发展。为此提出一种与燃煤机组耦合的新型LAES系统，并且建立耦合系统的热力学模型和经济性模型，分析储能容量变化对耦合系统的影响。结果表明：与某670 MW燃煤机组耦合时，可以综合考虑选择44.2 MW/176.8 MW·h的液化空气储能系统。在燃煤机组的3种低负荷（30%THA、40%THA和50%THA）工况下，耦合运行的LAES系统的往返效率在51%左右，比单独运行的LAES系统高出大约9个百分点。耦合运行的LAES系统的投资收益率接近10%，14 a之内可实现投资回收。敏感性分析显示增大峰谷电价差有利于提升系统的经济性能。

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电化学储能基础研究及应用技术

碳中和目标下电化学储能技术进展及展望

周凡宇, 曾晋珏, 王学斌

2024, 44(3): 396-405. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230571

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针对碳中和目标下可再生能源并网引发的电力系统不稳定的现状，介绍了电力系统各个环节对于储能的需求特性，讨论了电化学储能，包括超级电容器、碱金属离子电容器、碱金属离子电池、液流电池、其他二次电池、氢能等技术的特点与发展现状，分析了它们在适配大规模储能时所面临的挑战，展望了其未来应用前景和发展趋势。最后指出，电化学储能技术应朝着"高性能、高安全性、低成本"的方向发展。

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电化学储能基础研究及应用技术

功率型电化学储能技术研究进展

周润怡, 黄艳忠, 祁义恒, 张传志, 周美琪, 杨化超, 薄拯

2024, 44(3): 406-417. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230633

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功率型储能器件具有功率密度高和充放电速度快等显著优点，适用于需要大功率输出和短时间内快速响应的应用场景，如电网调频、军用装甲车辆应急启动和港口起重装备能量回收等。围绕主流的功率型储能器件——超级电容器、功率型金属离子电池、金属离子混合电容，介绍了各类功率型电化学储能技术的基本工作原理，系统性地总结了国内外学者在功率型电化学储能器件电极材料和电解液方面的改性策略和研究进展，最后对功率型电化学储能技术未来研究方向和应用趋势进行了合理展望。

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电化学储能基础研究及应用技术

锂电池和超级电容混合储能辅助火电调频技术发展现状和趋势

孙培锋, 陆王琳, 白鹏, 陆启亮, 徐国昌, 蒋信, 徐凡

2024, 44(3): 418-429. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230657

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系统论述了目前辅助火电机组调频用的锂电池和超级电容混合储能系统的关键技术及其研究进展，如不同类型储能的功率/容量优化配置、高压级联和模块化多电平（MMC）拓扑结构应用、混合储能控制策略等。介绍了国内混合储能辅助火电机组调频的示范工程项目，并对混合储能辅助调频技术的发展前景进行了展望。

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电化学储能基础研究及应用技术

考虑阶梯式碳交易机制的电化学储能与抽水蓄能协同调度优化

佟曦, 陈衡, 苟凯杰, 徐钢, 刘文毅, 张国强

2024, 44(3): 430-438. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230491

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为了验证电化学储能与抽水蓄能协同调度下参与电力市场与碳市场的可行性，构建了包含火力发电、风力发电、光伏发电、抽水蓄能以及电化学储能的多能互补系统。考虑平准化度电成本（LCOE）和碳排放成本，以购能成本、LCOE、碳排放成本及弃风弃光成本之和最小为目标函数，调用MATLAB的Cplex求解器，进行调度优化求解。以西北某区域电网夏季典型日的数据为例，引入分时上网电价及阶梯碳交易机制，设置不同储能系统参与、不同碳交易机制等6种场景。结果表明：抽水蓄能与电化学储能协同调度下的电力市场收益和碳市场收益最高，系统碳排放量最低，验证了所提出的储能协同配置方案及调度优化方案的可行性。

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电化学储能基础研究及应用技术

平抑风电波动的飞轮-电化学混合储能容量优化配置研究

王晋君, 苟凯杰, 陈衡, 陈宏刚, 徐钢, 张国强

2024, 44(3): 439-446. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230584

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为实现可再生能源的有效集成，减小风电的瞬时功率波动，利用锂电池类能量型储能与飞轮类功率型储能相结合的混合储能系统（HESS）对风电波动进行平抑。首先采用改进k-means算法得到典型日数据，利用经验模态分解（EMD）将其拆解得到HESS平抑任务；在综合考虑多种储能系统功率容量和充放电效率约束的基础上，构建相互协调运行的HESS能量管理系统。此外，以混合储能系统成本与风电功率机会补偿成本最低为目标函数，引入基准线变量和波动惩罚系数进行修正，构建平抑风电波动的HESS容量配置模型。最后结合实际并网数据，得到平滑效果和经济最优的配置方案。结果表明：所提配置方案风电累计欠补偿量共减少了91.8%，经济性提高了49.99%，最佳风储配比为1∶0.16，其中飞轮和锂电池比例为1∶4.65。

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熔盐储能基础研究及应用技术

基于再热蒸汽抽汽-熔盐储热的火电系统分析

张宇恒, 宋晓辉, 杨荣贵, 李小波

2024, 44(3): 447-454. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230572

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提出了一种基于再热蒸汽-抽汽熔盐储热的火电联合系统，通过建立仿真模型对系统的运行过程及效率进行了分析。为了使熔盐放热过程匹配主蒸汽温度，需要在抽汽充热过程之后再配置电加热器对熔盐提温，在此基础上研究了充热过程平均换热温差、放热过程夹点温差、低温储热温度对系统性能参数的影响。结果表明：充热过程中维持10 K平均换热温差，放热夹点温差从5 K增加至15 K会导致最高等效往返效率从88.2%降低至85.0%，同时最佳储热温度从314 ℃升高至324 ℃；放热过程中维持10 K夹点温差，充热过程的平均换热温差从5 K增加至15 K时，最高等效往返效率从89.5%降低至85.8%；2个温差均在10 K时，机组的最高等效往返效率为87.1%，该条件下运行时机组最低负荷可从30%下调至24.3%。

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熔盐储能基础研究及应用技术

一种“绿电”熔盐储能系统的建模与动态特性研究

李应保, 罗润洪, 黄杰

2024, 44(3): 455-461. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230480

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提出一种"绿电"熔盐储能系统，同时对熔盐储热系统的关键设备进行了机理模型分析，并进行了数学模型辨识实验和动态特性分析。结果表明：熔盐储热系统普遍具有大惯性的特点，通过设计多级加热和换热装置可以有效控制熔盐系统中熔盐和蒸汽的温度、流量和压力等参数的变化，提高供热蒸汽的品质，保证整套系统的运行稳定性，满足工业现场供热与发电需求。

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多能耦合优化运行策略及蓄热技术

计及低碳经济运行的含风电微网群源储协同日前优化调度

姚路锦, 王玮, 林宏宇, 刘吉臻

2024, 44(3): 462-474. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230566

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海陆风电的大规模开发并网给电网的稳定带来挑战，微电网是解决分布式发电系统优化运行问题的有效途径。综合考虑微电网群的系统运行经济性和碳排放环境效益，提出了基于分布式共享储能的交互型微网群低碳日前调度模型。首先考虑风电的不确定性，基于传统实时电价提出跟随微网净负荷的定价策略；随后根据微网群用户的负荷特点定义了价格型和激励型需求响应用户满意度；然后通过生命周期评价方法划分系统运行环节的碳排放链，引入阶梯碳交易机制构建碳排放成本模型；最后基于微网群的交互运行，利用分布式储能资源进行日前优化调度。仿真算例表明：对比独立型微网群，所提出的交互型调度模型消除了原有的弃风情况，碳排放量减少32.14 t、系统运行总成本缩减15.05%。

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多能耦合优化运行策略及蓄热技术

热网蓄热特性及其对机组调峰能力的影响研究

吴茂乾, 乔磊, 宋明曙, 刘圣冠, 雷琪安, 种道彤

2024, 44(3): 475-485. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230574

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为了提高热电联产机组调峰能力，利用热网蓄热实现机组的"热电解耦"。建立了某350 MW热电联产机组及其热网系统的动态仿真模型，研究了热网及其热用户在蓄/放热阶段的动态特性及环境温度对机组调峰能力的影响规律。结果表明：热用户滞后时间随着热用户与换热首站的距离的增加而增加，同时也受自身热负荷的直接影响和其余热用户热负荷的间接影响；热网相对蓄/放热功率在改变抽汽质量流量后先迅速变化再缓慢变化；热用户温度近似呈线性变化，其变化速率随着抽汽质量流量变化幅度的增大而增大，且开始变化时间也随之提前；机组最大调峰能力随着环境温度降低而略有增加，环境温度从0 ℃下降至-15 ℃时，机组调峰能力从23.8 MW增加至29.7 MW；增加蓄热时长，提高蓄热温度，降低放热温度均有利于提高机组调峰能力。

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多能耦合优化运行策略及蓄热技术

火山石作为经济可靠的低温储热材料的可行性分析

王义函, 张子成, 刘淑丽, 沈永亮, 王志浩

2024, 44(3): 486-497. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230482

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设计并制备了成本较低、性能较好的新型热化学储能材料，并探究了其在建筑中应用的可行性。以云南省地区易开采的火山石作为骨架基质，提出了2种制备方案。通过火山石与MgCl₂和CaCl₂的结合，分别制备出了基于天然大孔的石-MgCl₂、石-CaCl₂和粉末酸洗并重新压制的块-MgCl₂、块-CaCl₂，并对所制备的材料进行了表征、同步热分析（DSC）测量、经济性分析和可行性分析。结果表明：火山石的主要孔隙结构为大孔（孔径>100 nm），很容易被水合盐填充；石-CaCl₂、石-MgCl₂、块-CaCl₂和块-MgCl₂的热化学储能密度分别为641 kJ/kg、983 kJ/kg、440 kJ/kg和733 kJ/kg；石-CaCl₂、石-MgCl₂的储能密度成本低至0.010 7元/kJ和0.017 4元/kJ，相比于已有研究材料，所制备的材料在经济角度具备明显优势；与可再生能源结合后，所制备的材料具备明显的污染物减排潜力，且也适合供热需求大的北方地区。

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多能耦合优化运行策略及蓄热技术

含多类型储能的综合能源系统低碳经济运行双层优化方法研究

李金航, 佟曦, 陈衡, 潘佩媛, 徐钢, 刘文毅

2024, 44(3): 498-508. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2024.230607

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针对含多类型储能的综合能源系统（IES）协同低碳优化调度问题，提出构建一种多类型储能-综合能源系统（MTES-IES）低碳经济的双层模型，并通过构建氢能枢纽，充分利用氢气转化过程中损失的热能，实现能源梯级利用，提高了整个系统的能源利用。在双层优化模型中，上层以MTES经济性最优化为目标，下层实现IES的最优低碳经济运行，采用Karush-Kuhn-Tucher（KKT）条件将下层模型转化为上层模型的约束条件，采用大M法将问题进行线性化处理。通过3个不同场景仿真结果分析表明，提出的MTES-IES双层模型，通过协调优化不同子系统的运行调度策略，能够降低系统运行成本并实现系统整体低碳运行。

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