毕业论文课题相关文献综述

1．研究背景及意义

近些年来，新能源领域蓬勃发展，间歇式、不稳定的可再生能源并网比例不断增加，加上电网发展的诸多限制，各种能源应用问题和环境问题也随之出现，而储能技术则能够有效应对些问题。现在世界上储能技术各有不同，储能方式主要有物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能四种类型。其中物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能包括超导、超级电容器储能；电化学储能包括铅酸、锂离子、钠硫和液流等电池储能；相变储能包括蓄热和蓄冷储能等方式^[1-2]。

到目前为止，己经相对较为成熟并且能够大规模商业化运行的只有抽水储能和压缩空气储能这两种储能技术。同时，从储能规模和容量来看，也只有抽水储能和压缩空气储能能够进行大规模的能量存储。抽水储能是利用水的势能进行能量的存储，抽水储能需要有两个存在一定高度差的水库，在用电低谷时用水泵将低位水库的水抽到高位水库储存能量，在用电高峰时高位水库中水由上而下排放到低位水库，水流驱动水轮发电机组进行发电，抽水储能是目前世界上广泛使用的电力储能系统。抽水储能也有其局限性，抽水储能需要有良好的地理位置，并且电站建设周期较长，建设和使用的过程中还可能对生态环境造成破坏，所以在应用上受到一定的限制。

作为一项很早之前就已经在国外商业化的应用，压缩空气储能(Compressed-Air Energy Storage，CAES)在中国也是目前众多科研工作者研究和实践的热点话题。

如图1.1所示，压缩空气储能系统一般包括5个主要部件：（1）压缩机：为防止气体出口温度过高，一般采用多级压缩带中间冷却装置，压缩机是将电能转化为空气内能的装置，将空气压缩并储存于储气装置中；（2）电动机/发电机：通过离合器分别与压缩机和膨胀机相联接，是电能的转化装置；（3）膨胀机：一般为多级向心涡轮膨胀机组，利用压缩空气膨胀驱动膨胀机做功进行发电，膨胀机是回收压缩空气中能量的装置；（4）蓄热装置：用于空气被压缩后热能的储存；（5）储气装置：位于地下或者地面上的洞穴或者压力容器，用来储存被压缩的空气。压缩空气储能系统工作流程是在用电低谷时，压缩机将空气压缩后流经蓄热装置并最终将压缩空气储存在储气装置中，在用电高峰时，将压缩空气从储气装置中释放，流经蓄热装置后提高空气的温度，然后温度较高的压缩空气驱动涡轮膨胀机带动发电机组进行发电。压缩空气储能的工质空气来源广泛、纯净无污染，从压缩空气的生产到最终的排放，对环境都不产生污染。

图1.1 压缩空气储能系统示意图

与其他储能技术相比，压缩空气储能系统具有容量大、寿命长、响应速度快、经济性能好、节能环保等优点。

涡轮膨胀机是压缩空气储能系统的核心部件之一，膨胀机的性能对整个系统的性能有很大的影响，如果膨胀机的效率提高，那么压缩空气储能系统的效率也会随之提高。鉴于涡轮膨胀机在压缩空气储能系统中的重要地位，为提高压缩空气储能系统的整体效率，也为了能够研发制造出高性能的涡轮膨胀机，非常有必要对其进行研究分析。

2．压缩空气储能的研究现状及发展