CN109543214B - 压缩空气储能系统的储气室容量估算方法及装置 - Google Patents

压缩空气储能系统的储气室容量估算方法及装置 Download PDF

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CN109543214B CN201811185944.5A CN201811185944A CN109543214B CN 109543214 B CN109543214 B CN 109543214B CN 201811185944 A CN201811185944 A CN 201811185944A CN 109543214 B CN109543214 B CN 109543214B
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Abstract

本发明实施例提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法及装置，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure DDA0001826209620000014
存储容量计算模型；根据
Figure DDA0001826209620000011
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure DDA0001826209620000013
存储容量确定储气室的目标容量。该方法及装置在考虑储气室内空气动力学原理和围岩热耦合的基础上，结合压缩空气储能系统的运行状态，对储气室的
Figure DDA0001826209620000012
存储容量的计算进行准确建模，以实现储气室容量的准确评估，能够有效平衡容量估算的快速性和准确性，可用于压缩空气储能系统的早期规划和设计。

Description

压缩空气储能系统的储气室容量估算方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及可再生能源储能技术领域，更具体地，涉及一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法及装置。
背景技术
目前，储能是解决可再生能源高比例渗透给电网带来的挑战所需要的重要的途径之一。储能能够有效缓解可再生能源对电网的冲击，提高电网的灵活调节能力。压缩空气储能技术(CAES)是一种清洁的大规模物理储能技术，与其他技术不同，压缩空气储能技术所实现的压缩空气储能系统具有使用寿命长、存储容量大、对地理条件要求相对较低且成本较低的特点，是解决可再生能源间歇性问题，使可再生能源稳定可靠的最有前景的技术之一。
压缩空气储能系统包含压缩机、换热器、膨胀机、储热系统和储气室等组件。压缩空气储能系统利用多余的能量来压缩空气的方法，在低成本的非高峰负荷期间，空气通过压缩机压缩为高压空气被储存在储气室中；在负荷高峰期间，压缩空气从储气室中释放出来，利用压缩过程产生的热量在发电过程中对高压空气进行再热，进行膨胀机发电。其中，储气室作为压缩空气的存储空间，其容量的设计和规划与整个压缩空气储能系统的效率、稳定性、可靠性、经济性等方面密切相关。因此，如何对压缩空气储能系统的储气室容量进行估算极为必要。
发明内容
本发明实施例为了解决压缩空气储能系统的储气室容量估算问题，提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，包括：
基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；
根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000021
存储容量计算模型；
根据
Figure BDA0001826209600000022
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000023
存储容量确定储气室的目标容量。
第二方面，本发明实施例提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算装置，包括：
参数变化确定模块，用于基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；
计算模型建立模块，用于根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000024
存储容量计算模型；
容量估算模块，用于根据
Figure BDA0001826209600000025
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000026
存储容量确定储气室的目标容量。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如第一方面所提供的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如第一方面所提供的方法的步骤。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法及装置，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000031
存储容量计算模型；根据
Figure BDA0001826209600000032
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000033
存储容量确定储气室的目标容量。该方法及装置在考虑储气室内空气动力学原理和围岩热耦合的基础上，结合压缩空气储能系统的运行状态，对储气室的
Figure BDA0001826209600000034
存储容量的计算进行准确建模，以实现储气室容量的准确评估，能够有效平衡容量估算的快速性和准确性，可用于压缩空气储能系统的早期规划和设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，包括：
S1，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；
需要说明的是，压缩空气储能系统的储气室容量即为储气室的体积。实际应用中，在对压缩空气储能系统的储气室进行设计和规划时，主要考虑的是储气室的能量储备能力，即所设计和规划的储气室需要能够储备预设的能量，且所储备的能量指的是理论上可以全部转换为任何其他能量形式的那部分能量，称为
Figure BDA0001826209600000041
从热力学第二定律不难看出，储气室所存储的能量与储气室的空气温度和空气压力存在关联。然而，由于储气室内部存在热力学响应，储气室的空气温度和空气压力存在动态变化，即，储气室的空气温度和空气压力是随着时间动态变化的。
有鉴于此，本实施例中，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。即，本实施例中，综合考量了压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。其中，空气温度变化曲线体现的是一定容量的储气室内空气温度随时间的变化规律；空气压力变化曲线体现的是一定容量的储气室内空气压力随时间的变化规律。
需要说明的是，压缩空气储能系统的运行状态包括充电压缩过程、存储(静置)过程和发电过程。其中，充电压缩过程指的是空气通过压缩机压缩为高压空气被储存在储气室的过程；发电过程指的是压缩空气从储气室中释放出来的过程；存储过程中压缩空气储能系统处于静置状态。可以理解的是，当压缩空气储能系统在不同运行状态下时，储气室的空气温度和空气压力存在差异。即，当压缩空气储能系统在不同运行状态下时，储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线存在差异。
需要说明的是，储气室内空气动力学原理包括质量守恒定律和能量守恒定律。可以理解的是，压缩空气储能系统在不同的运行状态下均遵循质量守恒定律和能量守恒定律。其中，质量守恒定律和能量守恒定律中描述了储气室内空气状态参数之间的约束关系，其中，空气状态参数包括空气温度和空气压力和空气体积等。
需要说明的是，储气室一般设计为岩溶洞，岩溶洞的洞壁即为储气室围岩。储气室围岩的热耦合效应包括储气室内空气与储气室围岩之间的热耦合效应以及储气室围岩内部的热耦合效应。其中，储气室内空气与储气室围岩之间的热耦合效应指的是储气室内空气与储气室围岩之间的热传导；储气室围岩内部的热耦合效应指的是储气室围岩与围岩之间热传导。可以理解的是，由于储气室围岩的热耦合效应存在热传导，因此储气室围岩的热耦合效应对储气室的空气温度和空气压力存在影响。
S2，根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000051
存储容量计算模型；
具体地，在上述技术方案的基础上，根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000052
存储容量计算模型。其中，空气温度变化曲线体现的是一定容量的储气室内空气温度随时间的变化规律；空气压力变化曲线体现的是一定容量的储气室内空气压力随时间的变化规律；热力学第二定律体现的是储气室的
Figure BDA0001826209600000053
存储容量与储气室内空气温度和空气压力之间的关系。因此，将空气温度变化曲线和空气压力变化曲线代入热力学第二定律中即可获得储气室的
Figure BDA0001826209600000054
存储容量计算模型。最终获得的储气室的
Figure BDA0001826209600000055
存储容量计算模型中体现的是储气室
Figure BDA0001826209600000061
存储容量与储气室的容量之间的关系。可以理解的是，储气室的容量越大，则储气室
Figure BDA0001826209600000062
存储容量也越大。即，储气室的体积越大，则储气室能够存储的能量也越多。
S3，根据
Figure BDA0001826209600000063
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000064
存储容量确定储气室的目标容量。
具体地，在上述技术方案的基础上，由于储气室的
Figure BDA0001826209600000065
存储容量计算模型中体现的是储气室
Figure BDA0001826209600000066
存储容量与储气室的容量之间的关系。同时，在对储气室进行设计和规划时，储气室的目标
Figure BDA0001826209600000067
存储容量已经预先设定。因此，根据储气室的
Figure BDA0001826209600000068
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000069
存储容量即可反推出储气室的目标容量，该目标容量即为储气室容量的最终估算值。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA00018262096000000610
存储容量计算模型；根据
Figure BDA00018262096000000611
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA00018262096000000612
存储容量确定储气室的目标容量。该方法在考虑储气室内空气动力学原理和围岩热耦合的基础上，结合压缩空气储能系统的运行状态，对储气室的
Figure BDA00018262096000000613
存储容量的计算进行准确建模，以实现储气室容量的准确评估，能够有效平衡容量估算的快速性和准确性，可用于压缩空气储能系统的早期规划和设计。
基于上述任一实施例，提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线，具体包括：基于压缩空气储能系统的运行状态建立储气室的空气质量流量模型；基于储气室内空气动力学原理建立储气室内空气的质量守恒模型和能量守恒模型；基于储气室内空气与储气室围岩的热耦合效应建立第一热传导模型，并基于储气室围岩内部的热耦合效应建立第二热传导模型；根据空气质量流量模型、质量守恒模型、能量守恒模型、第一热传导模型和第二热传导模型获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。
具体地，本实施例中，首先，基于压缩空气储能系统的运行状态建立储气室的空气质量流量模型，储气室的空气质量流量模型具体为：
Figure BDA0001826209600000071
其中，
Figure BDA0001826209600000072
为储气室进出口的空气质量流量；
Figure BDA0001826209600000073
为储气室入口的空气质量流量；
Figure BDA0001826209600000074
为储气室出口的空气质量流量；a为压缩空气储能系统的运行状态。其中，a＝1，a＝0，a＝0，a＝-1分别代表充电压缩过程、存储(静置)过程及发电过程。
进一步地，基于储气室内空气动力学原理建立储气室内空气的质量守恒模型和能量守恒模型，空气质量守恒模型和能量守恒模型分别具体为：
Figure BDA0001826209600000075
Figure BDA0001826209600000076
其中，V为储气室的容量；ρ为空气密度；cv为空气的定容比热容；T为储气室的空气温度；hi为储气室在t时刻所注入空气的比焓；h为t时刻储气室内已有空气的比焓；Z为空气的压缩性因子；R为气体常数；u为空气的比内能；
Figure BDA0001826209600000077
为储气室围岩的传热率。
进一步地，基于储气室内空气与储气室围岩的热耦合效应建立第一热传导模型，并基于储气室围岩内部的热耦合效应建立第二热传导模型。第一热传导模型和第二热传导模型分别具体为：
Figure BDA0001826209600000078
Figure BDA0001826209600000079
其中，hc为储气室围岩的平均传热系数；Ac为储气室围岩的表面积；TRW为储气室围岩的表面温度；T为储气室的空气温度；ρR为储气室围岩的密度；cpR为储气室围岩的定压比热容；TR为储气室围岩的内部温度；kR为储气室围岩的导热系数；r为储气室半径。
最终，根据空气质量流量模型、质量守恒模型、能量守恒模型、第一热传导模型和第二热传导模型获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。即，将上述空气质量流量模型、质量守恒模型、能量守恒模型、第一热传导模型和第二热传导模型进行综合求解，获得储气室在一定容量下的空气温度随时间的变化曲线和空气压力随时间的变化曲线。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。该方法在对储气室的容量进行估算时，能够综合考量储气室内空气温度和空气压力的动态变化，有利于提高储气室容量估算的精度。
基于上述任一实施例，提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，根据
Figure BDA0001826209600000081
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000082
存储容量确定储气室的目标容量，具体包括：设定储气室的初始容量，作为第一容量，根据第一容量和
Figure BDA0001826209600000083
存储容量计算模型获得储气室的
Figure BDA0001826209600000084
存储容量，作为第一
Figure BDA0001826209600000085
存储容量；计算第一
Figure BDA0001826209600000086
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000087
存储容量的差值，若第一
Figure BDA0001826209600000088
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000089
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第一容量作为储气室的目标容量。
具体地，在获得储气室的
Figure BDA00018262096000000810
存储容量计算模型之后，根据
Figure BDA00018262096000000811
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA00018262096000000812
存储容量确定储气室的目标容量，具体实现过程如下：
首先设定储气室的初始容量，将该初始容量作为第一容量。由于储气室的
Figure BDA00018262096000000813
存储容量计算模型中体现的是储气室
Figure BDA00018262096000000814
存储容量与储气室的容量之间的关系。在此基础上，将第一容量代入
Figure BDA00018262096000000815
存储容量计算模型中计算获得储气室的
Figure BDA0001826209600000091
存储容量，将计算获得的
Figure BDA0001826209600000092
存储容量作为第一
Figure BDA0001826209600000093
存储容量。计算第一
Figure BDA0001826209600000094
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000095
存储容量的差值，其中目标
Figure BDA0001826209600000096
存储容量是预先设定的。最后，若第一
Figure BDA0001826209600000097
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000098
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第一容量作为储气室的目标容量，该目标容量即为储气室容量的最终估算值。其中，预设阈值可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，设定储气室的初始容量，作为第一容量，根据第一容量和
Figure BDA0001826209600000099
存储容量计算模型获得储气室的
Figure BDA00018262096000000910
存储容量，作为第一
Figure BDA00018262096000000911
存储容量；计算第一
Figure BDA00018262096000000912
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000915
存储容量的差值，若第一
Figure BDA00018262096000000913
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000914
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第一容量作为储气室的目标容量。该方法能够根据储气室的
Figure BDA00018262096000000916
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA00018262096000000917
存储容量反推出储气室的目标容量，可有效确保储气室的目标容量的合理性。
基于上述任一实施例，提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，计算第一
Figure BDA00018262096000000918
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000919
存储容量的差值，之后还包括：若第一
Figure BDA00018262096000000920
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000921
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值且第一
Figure BDA00018262096000000922
存储容量小于目标
Figure BDA00018262096000000923
存储容量，则增大第一容量并作为第二容量，根据第二容量和
Figure BDA00018262096000000924
存储容量计算模型获得储气室的
Figure BDA00018262096000000925
存储容量，作为第二
Figure BDA00018262096000000926
存储容量；计算第二
Figure BDA00018262096000000927
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000928
存储容量的差值，若第二
Figure BDA00018262096000000929
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000930
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第二容量作为储气室的目标容量。
具体地，在上述技术方案的基础上，在计算第一
Figure BDA00018262096000000931
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000932
存储容量的差值之后，若第一
Figure BDA00018262096000000933
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000934
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值且第一
Figure BDA00018262096000000935
存储容量小于目标
Figure BDA00018262096000000936
存储容量，则增大第一容量，将增大后的第一容量作为第二容量。再将第二容量代入
Figure BDA00018262096000000937
存储容量计算模型获得储气室的
Figure BDA00018262096000000938
存储容量，将计算获得的
Figure BDA00018262096000000939
存储容量作为第二
Figure BDA00018262096000000940
存储容量。计算第二
Figure BDA00018262096000000941
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000000942
存储容量的差值，若第二
Figure BDA0001826209600000101
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000102
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第二容量作为储气室的目标容量，该目标容量即为储气室容量的最终估算值。
需要说明的是，上述过程为迭代过程，若第二
Figure BDA0001826209600000103
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000104
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值，则再重复上述迭代过程，直至使得计算出的
Figure BDA0001826209600000105
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000106
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，若第一
Figure BDA0001826209600000107
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000108
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值且第一
Figure BDA0001826209600000109
存储容量小于目标
Figure BDA00018262096000001010
存储容量，则增大第一容量并作为第二容量，根据第二容量和
Figure BDA00018262096000001011
存储容量计算模型获得储气室的
Figure BDA00018262096000001012
存储容量，作为第二
Figure BDA00018262096000001013
存储容量；计算第二
Figure BDA00018262096000001014
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001015
存储容量的差值，若第二
Figure BDA00018262096000001016
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001017
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第二容量作为储气室的目标容量。该方法能够根据储气室的
Figure BDA00018262096000001018
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA00018262096000001019
存储容量反推出储气室的目标容量，可有效确保储气室的目标容量的合理性。
基于上述任一实施例，提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，计算第一
Figure BDA00018262096000001020
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001021
存储容量的差值，之后还包括：若第一
Figure BDA00018262096000001022
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001023
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值且第一
Figure BDA00018262096000001024
存储容量大于目标
Figure BDA00018262096000001025
存储容量，则减小第一容量并作为第三容量，根据第三容量和
Figure BDA00018262096000001026
存储容量计算模型获得储气室的
Figure BDA00018262096000001027
存储容量，作为第三
Figure BDA00018262096000001028
存储容量；计算第三
Figure BDA00018262096000001029
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001030
存储容量的差值，若第三
Figure BDA00018262096000001031
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001032
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第三容量作为储气室的目标容量。
具体地，在上述技术方案的基础上，在计算第一
Figure BDA00018262096000001033
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001034
存储容量的差值之后，若第一
Figure BDA00018262096000001035
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001036
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值且第一
Figure BDA00018262096000001037
存储容量大于目标
Figure BDA00018262096000001038
存储容量，则减小第一容量，将减小后的第一容量作为第三容量。再将第三容量代入
Figure BDA0001826209600000112
存储容量计算模型获得储气室的
Figure BDA0001826209600000113
存储容量，将计算获得的
Figure BDA0001826209600000114
存储容量作为第三
Figure BDA0001826209600000115
存储容量。计算第三
Figure BDA0001826209600000116
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000117
存储容量的差值，若第三
Figure BDA0001826209600000118
存储容量与目标
Figure BDA0001826209600000119
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第三容量作为储气室的目标容量，该目标容量即为储气室容量的最终估算值。
需要说明的是，上述过程为迭代过程，若第三
Figure BDA00018262096000001110
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001111
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值，则再重复上述迭代过程，直至使得计算出的
Figure BDA00018262096000001112
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001113
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，若第一
Figure BDA00018262096000001114
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001115
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值且第一
Figure BDA00018262096000001116
存储容量大于目标
Figure BDA00018262096000001117
存储容量，则减小第一容量并作为第三容量，根据第三容量和
Figure BDA00018262096000001118
存储容量计算模型获得储气室的
Figure BDA00018262096000001119
存储容量，作为第三
Figure BDA00018262096000001120
存储容量；计算第三
Figure BDA00018262096000001121
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001122
存储容量的差值，若第三
Figure BDA00018262096000001123
存储容量与目标
Figure BDA00018262096000001124
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第三容量作为储气室的目标容量。该方法能够根据储气室的
Figure BDA00018262096000001125
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA00018262096000001126
存储容量反推出储气室的目标容量，可有效确保储气室的目标容量的合理性。
基于上述任一实施例，提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线分别具体为：
Figure BDA0001826209600000111
p＝ZρRT；
其中，T为t时刻储气室的空气温度；T0为t0时刻储气室的空气温度；cp为空气的定压比热容；Ti为t时刻注入储气室的空气温度；hc为储气室围岩的平均传热系数；Ac为储气室围岩的表面积；TRW为储气室围岩的表面温度；mc为储气室进出口的空气质量流量；R为气体常数；ρav为储气室内的平均空气密度；cv为空气的定容比热容；a为压缩空气储能系统的运行状态；p为t时刻储气室的空气压力；ρ为空气密度。
需要说明的是，上式中包含了压缩空气储能系统在三种不同运行状态下的储气室的温度变化曲线。式中的t0时刻是一个已知的设定时间，因此t0时刻储气室的空气温度T0也是一个已知量。根据上述质量守恒模型可知，式中mc与储气室的容量V相关，因此，根据上述空气温度变化曲线即可获得储气室的空气温度与储气室的容量之间的关系。将上述空气温度变化曲线代入上述空气压力变化曲线，即可获得储气室的空气压力与储气室的容量之间的关系。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。该方法在对储气室的容量进行估算时，能够综合考量储气室内空气温度和空气压力的动态变化，有利于提高储气室容量估算的精度。
基于上述任一实施例，提供一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，储气室的
Figure BDA0001826209600000125
存储容量计算模型具体为：
Figure BDA0001826209600000121
其中，Bmax为储气室的
Figure BDA0001826209600000126
存储容量的最大值；
Figure BDA0001826209600000122
为储气室的
Figure BDA0001826209600000123
存储容量的变化；
Figure BDA0001826209600000124
为储气室进出口的空气质量流量的变化；p0为t0时刻储气室的空气压力。
需要说明的是，当压缩空气储能系统的运行状态为充电压缩时，随着空气被压缩并注入储气室，储存在储气室的压缩空气的能量会增加，因此，在充电压缩过程中，储气室的
Figure BDA0001826209600000127
存储容量为最大
Figure BDA0001826209600000128
存储容量。
需要说明的是，上述储气室的
Figure BDA0001826209600000131
存储容量计算模型中的T和p可分别可表示为储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线，由于空气温度变化曲线表示的是储气室的空气温度与储气室的容量之间的关系，空气压力变化曲线表示的是储气室的空气压力与储气室的容量之间的关系。因此，将空气温度变化曲线和空气压力变化曲线代入上述储气室的
Figure BDA0001826209600000132
存储容量计算模型中，即可获得储气室的
Figure BDA0001826209600000133
存储容量与储气室的容量之间的关系。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，在考虑储气室内空气动力学原理和围岩热耦合的基础上，结合压缩空气储能系统的运行状态，对储气室的
Figure BDA0001826209600000134
存储容量的计算进行准确建模，以实现储气室容量的准确评估。
图2为本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：参数变化确定模块21、计算模型建立模块22和容量估算模块23，其中：
参数变化确定模块21，用于基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；
具体地，本实施例中，参数变化确定模块21基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。即，本实施例中，参数变化确定模块21综合考量了压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。其中，空气温度变化曲线体现的是一定容量的储气室内空气温度随时间的变化规律；空气压力变化曲线体现的是一定容量的储气室内空气压力随时间的变化规律。
计算模型建立模块22，用于根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000135
存储容量计算模型；
具体地，在上述技术方案的基础上，计算模型建立模块22根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000141
存储容量计算模型。其中，空气温度变化曲线体现的是一定容量的储气室内空气温度随时间的变化规律；空气压力变化曲线体现的是一定容量的储气室内空气压力随时间的变化规律；热力学第二定律体现的是储气室的
Figure BDA0001826209600000142
存储容量与储气室内空气温度和空气压力之间的关系。因此，将空气温度变化曲线和空气压力变化曲线代入热力学第二定律中即可获得储气室的
Figure BDA0001826209600000143
存储容量计算模型。最终获得的储气室的
Figure BDA0001826209600000144
存储容量计算模型中体现的是储气室
Figure BDA0001826209600000145
存储容量与储气室的容量之间的关系。
容量估算模块23，用于根据
Figure BDA0001826209600000146
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000147
存储容量确定储气室的目标容量。
具体地，在上述技术方案的基础上，由于储气室的
Figure BDA0001826209600000148
存储容量计算模型中体现的是储气室
Figure BDA0001826209600000149
存储容量与储气室的容量之间的关系。同时，在对储气室进行设计和规划时，储气室的目标
Figure BDA00018262096000001410
存储容量已经预先设定。因此，容量估算模块23根据储气室的
Figure BDA00018262096000001411
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA00018262096000001412
存储容量即可反推出储气室的目标容量，该目标容量即为储气室容量的最终估算值。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算装置，具体执行上述各方法实施例流程，具体请详见上述各方法实施例的内容，在此不再赘述。
本发明实施例提供的压缩空气储能系统的储气室容量估算装置，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA00018262096000001413
存储容量计算模型；根据
Figure BDA00018262096000001414
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA00018262096000001415
存储容量确定储气室的目标容量。该装置在考虑储气室内空气动力学原理和围岩热耦合的基础上，结合压缩空气储能系统的运行状态，对储气室的
Figure BDA0001826209600000151
存储容量的计算进行准确建模，以实现储气室容量的准确评估，能够有效平衡容量估算的快速性和准确性，可用于压缩空气储能系统的早期规划和设计。
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。参照图3，所述电子设备，包括：处理器(processor)31、存储器(memory)32和总线33；其中，所述处理器31和存储器32通过所述总线33完成相互间的通信；所述处理器31用于调用所述存储器32中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000152
存储容量计算模型；根据
Figure BDA0001826209600000153
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000154
存储容量确定储气室的目标容量。
此外，上述的存储器32中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure BDA0001826209600000161
存储容量计算模型；根据
Figure BDA0001826209600000162
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure BDA0001826209600000163
存储容量确定储气室的目标容量。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种压缩空气储能系统的储气室容量估算方法，其特征在于，包括：
基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；
根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure FDA0002334398670000011
存储容量计算模型；
根据
Figure FDA0002334398670000012
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure FDA0002334398670000013
存储容量确定储气室的目标容量；
根据
Figure FDA0002334398670000014
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure FDA0002334398670000015
存储容量确定储气室的目标容量，具体包括：
设定储气室的初始容量，作为第一容量，根据第一容量和
Figure FDA0002334398670000016
存储容量计算模型获得储气室的
Figure FDA0002334398670000017
存储容量，作为第一
Figure FDA0002334398670000018
存储容量；
计算第一
Figure FDA0002334398670000019
存储容量与目标
Figure FDA00023343986700000110
存储容量的差值，若第一
Figure FDA00023343986700000111
存储容量与目标
Figure FDA00023343986700000112
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第一容量作为储气室的目标容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线，具体包括：
基于压缩空气储能系统的运行状态建立储气室的空气质量流量模型；
基于储气室内空气动力学原理建立储气室内空气的质量守恒模型和能量守恒模型；
基于储气室内空气与储气室围岩的热耦合效应建立第一热传导模型，并基于储气室围岩内部的热耦合效应建立第二热传导模型；
根据空气质量流量模型、质量守恒模型、能量守恒模型、第一热传导模型和第二热传导模型获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算第一
Figure FDA0002334398670000022
存储容量与目标
Figure FDA0002334398670000023
存储容量的差值，之后还包括：
若第一
Figure FDA0002334398670000024
存储容量与目标
Figure FDA0002334398670000025
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值且第一
Figure FDA0002334398670000026
存储容量小于目标
Figure FDA0002334398670000027
存储容量，则增大第一容量并作为第二容量，根据第二容量和
Figure FDA0002334398670000028
存储容量计算模型获得储气室的
Figure FDA0002334398670000029
存储容量，作为第二
Figure FDA00023343986700000210
存储容量；
计算第二
Figure FDA00023343986700000211
存储容量与目标
Figure FDA00023343986700000212
存储容量的差值，若第二
Figure FDA00023343986700000213
存储容量与目标
Figure FDA00023343986700000214
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第二容量作为储气室的目标容量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算第一
Figure FDA00023343986700000215
存储容量与目标
Figure FDA00023343986700000216
存储容量的差值，之后还包括：
若第一
Figure FDA00023343986700000217
存储容量与目标
Figure FDA00023343986700000218
存储容量的差值的绝对值不小于预设阈值且第一
Figure FDA00023343986700000219
存储容量大于目标
Figure FDA00023343986700000220
存储容量，则减小第一容量并作为第三容量，根据第三容量和
Figure FDA00023343986700000221
存储容量计算模型获得储气室的
Figure FDA00023343986700000222
存储容量，作为第三
Figure FDA00023343986700000223
存储容量；
计算第三
Figure FDA00023343986700000224
存储容量与目标
Figure FDA00023343986700000225
存储容量的差值，若第三
Figure FDA00023343986700000226
存储容量与目标
Figure FDA00023343986700000227
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第三容量作为储气室的目标容量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线分别具体为：
Figure FDA0002334398670000021
p＝ZρRT；
其中，T为t时刻储气室的空气温度；T0为t0时刻储气室的空气温度；cp为空气的定压比热容；Ti为t时刻注入储气室的空气温度；hc为储气室围岩的平均传热系数；Ac为储气室围岩的表面积；TRW为储气室围岩的表面温度；mc为储气室进出口的空气质量流量；R为气体常数；ρav为储气室内的平均空气密度；cv为空气的定容比热容；a为压缩空气储能系统的运行状态；p为t时刻储气室的空气压力；ρ为空气密度；Z为空气的压缩性因子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，储气室的
Figure FDA0002334398670000034
存储容量计算模型具体为：
Figure FDA0002334398670000031
其中，Bmax为储气室的
Figure FDA0002334398670000035
存储容量的最大值；
Figure FDA0002334398670000032
为储气室的
Figure FDA0002334398670000036
存储容量的变化；
Figure FDA0002334398670000033
为储气室进出口的空气质量流量的变化；p0为t0时刻储气室的空气压力。
7.一种压缩空气储能系统的储气室容量估算装置，其特征在于，包括：
参数变化确定模块，用于基于压缩空气储能系统的运行状态、储气室内空气动力学原理和储气室围岩的热耦合效应获得储气室的空气温度变化曲线和空气压力变化曲线；
计算模型建立模块，用于根据空气温度变化曲线、空气压力变化曲线和热力学第二定律获得储气室的
Figure FDA0002334398670000037
存储容量计算模型；
容量估算模块，用于根据
Figure FDA0002334398670000038
存储容量计算模型和预先设定的目标
Figure FDA0002334398670000039
存储容量确定储气室的目标容量；
其中，所述容量估算模块具体用于：
设定储气室的初始容量，作为第一容量，根据第一容量和
Figure FDA00023343986700000310
存储容量计算模型获得储气室的
Figure FDA00023343986700000311
存储容量，作为第一
Figure FDA00023343986700000312
存储容量；
计算第一
Figure FDA0002334398670000041
存储容量与目标
Figure FDA0002334398670000042
存储容量的差值，若第一
Figure FDA0002334398670000043
存储容量与目标
Figure FDA0002334398670000044
存储容量的差值的绝对值小于预设阈值，则将第一容量作为储气室的目标容量。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至6任一所述的方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至6任一所述的方法。
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