超临界压缩空气储能系统全寿命期热经济性研究与碳排放评价

Compressed air energy storage (CAES) is considered to be one of the most prospective technology for large scale use in power system. This project is going to conduct the lifetime thermal-economic analysis and carbon emission assessment, and moreover combined technologic, economic and environmental evaluation for the Supercritical Compressed Air Energy Storage (SCAES), a completely new type of CAES put forward by the Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, and aim to clear the influence and status of CAES in the new energy system and fill the lack of quantitatively comprehensive evaluation. This project will conduct integrated experimental research under multi-operating conditions, investigate the thermal properties of SCAES in both way of quantity and quality, and find the energy loss mechanism of different parts. Combined with the experimental results, theoretical analysis and mathematical modeling, the model of thermal-economy and carbon emission assessment for whole life-cycle will be proposed respectively. Furthermore, optimal synthesis will be carried out from the point of thermodynamics and thermal-economy, revealing the key parts that influence the system’s performance, and then carbon emission will be conducted for SCAES in different applications like renewable energy integration and power system development, putting forward the measures for design, construction and operation to reduce the carbon emission in the whole life cycle. On this basis, the influence of technology, economy and environment for the CAES will be comprehensively estimated, moreover, the whole life cycle of quantitative evaluation method will be established, to support the energy storage technology strategy choice in the future.

压缩空气储能系统被认为是最具发展前景的大规模电力储能技术之一。本项目依托中国科学院工程热物理研究所提出的一种新型空气储能系统——超临界压缩空气储能系统，开展全寿命期热经济性研究与碳排放评价，综合系统技术、经济、环境要素的全面评估，明确压缩空气储能系统在能源体系中的影响和地位。本项目拟开展多工况下的集成实验研究，从热能的“量”和“质”上评价压缩空气储能系统热力特性，深入分析各部件能量损失机理。结合实验结果、理论分析和数学建模，分别建立系统全寿命期热经济和碳排放评价模型，并从热力学和热经济学角度开展优化综合，揭示影响系统综合性能的主要环节，开展压缩空气储能系统在新能源发电、电源与电网拓展等不同应用方式下的碳排放分析，提出减少全寿命期碳排放的储能系统设计、建设与运行方案。在此基础上，全面评估压缩空气储能系统技术、经济、环境三要素的影响，建立全寿命期定量评价方法体系，以支撑未来储能技术战略的选择。

本项目依托中国科学院工程热物理研究所提出的一种新型空气储能系统——超临界压缩空气储能系统，开展全寿命期热经济性研究与碳排放评价。主要研究内容及成果包括：. （1）超临界压缩空气储能系统各部件热力学分析，开展了超临界压缩空气储能系统集成实验，分析了系统各级部件的耗功、火用损、火用效率和热效率。. （2）超临界压缩空气储能系统热经济性建模与分析，提出了考虑压缩空气储能子系统的热经济学模型、提出了考虑政策环境社会效益的全寿命期热经济学模型、提出了考虑调频服务的热经济学模型，探索了系统全寿命期火用流和经济流变化，揭示了系统能量成本、非能量成本、火用成本、火用经济系数等热经济学相关参数的变化机理；评价了A-CAES调频性能和经济性，揭示了A-CAES在南方电网、山西电网等的收益和贡献。. （3）从热力学和热经济学角度分别开展优化分析，揭示了子系统火用损和系统总火用损变化趋势，揭示了系统整体火用变化量与单一系统变化量的关系，揭示了子系统优化在提升系统整体效率的同时，对系统内火用损构成的影响，分析得出系统中最应优化的环节是压缩子系统。. （4）超临界压缩空气储能系统全寿命期碳足迹评价模型建立，综合考虑了储能设备的生产、输送、使用及报废等各个环节，建立了压缩空气储能系统全寿命周期碳足迹评价模型。. （5）综合评估储能系统技术、经济、环境、区域四要素影响，采集了储能的技术性能、经济成本、环境效益、区域分布等科学数据，确定了四要素权重，建立了储能系统全寿命周期四要素定量评价方法体系，对未来储能技术进行了量化评估。结果表明，压缩空气储能是最具发展潜力的大规模储能技术之一。. 项目通过以上研究成果，从总能系统角度对压缩空气储能的技术经济进行评估和优化综合，实现对储能系统生产、建设、使用及回收报废全寿命周期的碳足迹分析，填补目前针对储能系统温室效应评价方法的空白，在此基础上，综合压缩空气储能系统四要素评估，明确了压缩空气储能在能源体系中的影响和地位。