電力儲(chǔ)能在可再生能源大規(guī)模接入、電力系統(tǒng)削峰填谷、分布式能源系統(tǒng)、智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域起著關(guān)鍵作用，越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，物理儲(chǔ)能系統(tǒng)具有環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)性好和規(guī)模大等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。物理儲(chǔ)能系統(tǒng)的傳統(tǒng)優(yōu)化分析方法通常針對(duì)系統(tǒng)流程逐個(gè)模塊進(jìn)行分析，往往忽略儲(chǔ)能過程和釋能過程之間的能量關(guān)聯(lián)關(guān)系，難于清晰揭示各過程之間能量耦合關(guān)系，在系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)也存在容易顧此失彼，很難達(dá)到全局優(yōu)化的問題。
通過對(duì)物理儲(chǔ)能系統(tǒng)流程的分析發(fā)現(xiàn)其具有較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)性，如抽水蓄能系統(tǒng)水位上升與水位下降過程，蓄熱系統(tǒng)的儲(chǔ)能和釋熱過程，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的空氣壓縮和膨脹過程，以及飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)飛輪加速和減速過程;同時(shí)不僅流程對(duì)稱，系統(tǒng)參數(shù)也存在很強(qiáng)的對(duì)應(yīng)性。因此，基于物理儲(chǔ)能系統(tǒng)流程的對(duì)應(yīng)性特點(diǎn)，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲(chǔ)能研發(fā)中心以流程復(fù)雜的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，創(chuàng)新性的提出適用于對(duì)應(yīng)點(diǎn)分析優(yōu)化算法(CPM)，并將該方法推廣至物理儲(chǔ)能系統(tǒng)。
如圖1所示，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)流程存在對(duì)應(yīng)性，將流程對(duì)稱的過程稱為對(duì)應(yīng)過程，將流程上對(duì)稱的點(diǎn)稱為對(duì)應(yīng)點(diǎn)，模型將儲(chǔ)能過程和釋能過程各分為N個(gè)過程，一一對(duì)應(yīng)，從而形成N個(gè)對(duì)應(yīng)過程(如圖中虛線框所示為第i個(gè)對(duì)應(yīng)過程)和N+1個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)。為了清晰表達(dá)系統(tǒng)中?轉(zhuǎn)換和傳遞特性，提出了熱-機(jī)械?(Eth-Emech圖)圖像?方法。相對(duì)于傳統(tǒng)的優(yōu)化分析方法，對(duì)應(yīng)點(diǎn)分析優(yōu)化算法具有以下優(yōu)點(diǎn)：能夠清晰揭示儲(chǔ)能和釋能過程之間的能量傳遞機(jī)理;有利于探索不同熱力過程的耦合關(guān)系;有利于獲得系統(tǒng)性能改進(jìn)和優(yōu)化的方向。
通過采用對(duì)應(yīng)點(diǎn)分析優(yōu)化算法，將壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化后效率提升9.2個(gè)百分點(diǎn)。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持，相關(guān)研究成果在發(fā)表在Energy、Energy Conversion and Management、Applied Energy等期刊上。
圖1.對(duì)應(yīng)點(diǎn)分析模型
圖2.壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱?-機(jī)械?圖
