光伏-先进绝热压缩空气储能系统耦合应用研究：以上海水处理厂为例

《Journal of Environmental Sciences》：Source, transport and impact of biomass burning emissions in spring 2024 in Yunnan, China

　　本文深入探讨了光伏（PV）与先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）系统的耦合应用。研究针对光伏发电的间歇性和波动性问题，构建了PV-AA-CAES系统热力学模型，并基于上海典型气象数据分析了环境温度（-10 °C至40 °C）和太阳辐照度（最高效率约72%在700 W/m2时）对系统性能的影响。结果表明，该系统能有效平滑光伏出力，提升能源利用率，为高耗能工业用户能源转型提供了关键技术路径。

　　

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PV-AA-CAES系统原理

图1展示了光伏-先进绝热压缩空气储能（PV-AA-CAES）系统的工作原理示意图。该系统的运行策略如下：在电力需求低谷期，太阳能光伏板产生的电能优先满足水处理厂的用电需求，剩余电能则驱动AA-CAES系统的压缩机压缩空气进行储能。相反，在电力需求高峰期，AA-CAES系统的膨胀机释放储存的能量进行发电。

PV-AA-CAES系统模型

为全面分析系统性能，本文对PV-AA-CAES系统中的各个组件进行了热力学建模。研究重点在于对系统整体架构及其热力学性能进行初步评估，并考察宏观控制策略对系统稳定性和效率的协同影响。与管道压力损失和部件摩擦相关的精确计算通常在详细设计阶段进行。

系统设计与分析

在PV-AA-CAES系统的实际运行中，其性能受到诸多环境因素的制约，例如太阳辐照度和环境空气温度等。太阳辐照度和环境空气温度会影响压缩机的性能。本文建立了相应的PV-AA-CAES系统，并分析了这些因素对系统组件和系统效率的影响。

结论

本研究针对光伏发电的间歇性问题，提出了一种基于AA-CAES的解决方案，并对PV-AA-CAES耦合系统的性能进行了详细研究。通过分析上海某水处理厂的典型气象数据，建立了一个稳健的系统模型，并使用TICC-500数据进行了验证（最大误差低于0.73%）。采用K-means聚类算法识别了具有代表性的运行条件，以模拟系统在不同环境下的性能。研究结果表明，AA-CAES系统能够有效平滑光伏发电的功率输出，减少其对电网的影响，并提高光伏电力的利用率。此外，研究揭示了太阳辐照度和环境温度对耦合系统性能的显著影响。该系统为实现工业规模的可再生能源整合提供了可行的技术途径。