这篇文档属于类型a，即报告了一项原创研究。以下是对该研究的学术报告：

研究作者与机构

本研究的主要作者包括A. Arabkoohsar、L. Machado、M. Farzaneh-Gord和R.N.N. Koury。他们分别来自巴西米纳斯吉拉斯联邦大学（Federal University of Minas Gerais, UFMG）的机械工程研究生项目以及伊朗沙赫鲁德理工大学（Shahrood University of Technology）的机械工程学院。该研究发表于2015年5月的《Renewable Energy》期刊（第83卷，第491-509页）。

学术背景

本研究的主要科学领域是可再生能源与能源存储技术，特别是光伏（PV）发电与压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage, CAES）系统的结合。随着光伏发电在全球范围内的广泛应用，其发电量受太阳辐射波动影响较大，导致电网供电不稳定。为了解决这一问题，研究者提出将CAES系统与光伏电站结合，以存储多余电能并在需要时释放，从而提高电网的稳定性和光伏电站的经济效益。本研究的目标是为巴西的一个大型光伏电站设计并评估配备CAES系统的可行性，重点包括系统的热经济分析、尺寸优化以及电力销售策略的选择。

研究流程

本研究包括以下几个主要步骤：

1. 选址与光伏电站设计
   研究者首先基于巴西的年太阳辐射强度图，选择了巴西东北部的里奥格兰德州（Rio Grande do Norte）作为光伏电站的最佳建设地点。随后，他们使用各向同性模型计算了该地区的理论太阳辐射量，并选择了单晶硅光伏电池作为电站的核心组件。为了最大化太阳能的接收量，研究者采用了南北轴平行于地球轴的旋转跟踪系统。最终，设计了一个容量为100 MWp（兆瓦峰值）的光伏电站，总光伏电池面积为425,000平方米。

2. CAES系统设计与优化
   CAES系统由多级压缩机、膨胀涡轮、储气洞穴、太阳能加热系统以及辅助柴油加热器组成。研究者通过热力学分析，确定了压缩机和膨胀涡轮的级数（各为5级）以及储气洞穴的容量（45,000立方米）。此外，他们还设计了一个包含2,500个平板太阳能集热器的太阳能加热系统，用于在膨胀过程中预热空气。

3. 电力销售策略选择
   研究者提出了两种电力销售策略：一种是固定功率销售策略，另一种是基于时间的动态功率销售策略。通过模拟一年的运行数据，他们评估了不同策略的经济效益，并选择了动态功率销售策略作为最优方案。在该策略下，光伏电站以每月平均可发电量的70%作为基准向电网供电。

4. 系统性能模拟与经济分析
   研究者使用净现值（Net Present Value, NPV）方法对系统的经济性进行了全面分析。他们模拟了系统在一年内的运行情况，考虑了所有可能的系统不确定性，并计算了系统的投资回报期。

主要结果

1. 光伏电站性能
   模拟结果显示，光伏电站在11月的发电量最高，而在6月的发电量最低。全年平均发电量为58.21 MW，最大发电量为84 MW。

2. CAES系统性能
   CAES系统能够有效存储光伏电站的多余电能，并在需要时释放。模拟结果显示，CAES系统的最大功率为50 MW，能够覆盖全年大部分时间内的电力短缺。储气洞穴的压力在运行过程中保持在120 bar以下。

3. 经济分析结果
   采用动态功率销售策略和50 MW CAES系统的方案，系统的投资回报期不到9年。全年电力销售收入为2,313万美元，夜间发电收入为835万美元，罚款金额为228万美元。系统的年净收入约为3,050万美元。

结论

本研究首次提出将CAES系统与太阳能加热系统结合，用于大型光伏电站的能源存储。研究结果表明，这种配置能够显著提高光伏电站的电网稳定性和经济效益。通过优化CAES系统的尺寸和电力销售策略，系统的投资回报期缩短至9年以内。这一研究为巴西及其他高太阳能潜力国家的可再生能源发展提供了重要的技术参考。

研究亮点

1. 创新性：首次将CAES系统与太阳能加热系统结合，用于光伏电站的能源存储。
2. 全面性：研究涵盖了从选址、设计到经济分析的全流程，并考虑了系统运行中的所有不确定性。
3. 应用价值：研究结果为高太阳能潜力国家的可再生能源发展提供了可行的技术方案。

其他有价值的内容

研究还详细分析了CAES系统中各个组件的热力学性能，包括压缩机、膨胀涡轮、储气洞穴和太阳能加热系统的工作参数。这些数据为未来类似系统的设计提供了重要的参考依据。