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压缩空气储能技术概述

储能技术可解决可再生能源大规模接入、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要,被称为能源革命的支撑技术。截至2016年底,我国储能装机为24.2GW,约占全国电力总装机的1.5%,远低于世界2.7%的平均水平。预计到2050年,我国储能装机将达到200GW以上,占发电总量的10%~15%,市场需求巨大而迫切。压缩空气储能系统具有规模大、效率高、成本低、环保等优点,被认为是最具发展潜力的大规模储能技术之一。

​压缩空气储能技术,简称CAES,是一种利用压缩空气来储能的技术。目前,压缩空气储能技术,是继抽水蓄能之后,第二大被认为适合GW级大规模电力储能的技术。其工作原理是,在用电低谷时段,利用电能将空气压缩至高压并存于洞穴或压力容器中,使电能转化为空气的内能存储起来;在用电高峰时段,将高压空气从储气室释放,进入燃烧室燃烧利用燃料燃烧加热升温后,驱动涡轮机发电。

目前,全球已有两座大规模压缩空气储能电站投入了商业运行。

一套完整的压缩空气系统五大关键设备组成:由压缩机、冷却器、压力容器、回热器、涡轮机以及发电机。各部件作用如下,

第一座是1978年投入商业运行的德国Huntorf电站。机组采用两级压缩两级膨胀,压缩机功率为60MW,膨胀机功率为290MW,压缩空气存储在地下600米的废弃矿洞中,总容积达3.1105m3,压力最高可达100bar。机组可连续充气8小时,连续发电2小时。机组从静止到满负荷需要11分钟,冷态启动至满负荷约需6分钟,电站效率为42%。

压缩机:将空气压缩,将电能转化为空气内能,空气压力可达70-100 bar,温度可达 1000 ° C;

第二座是于1991年投入商业运行的美国McIntosh电站。其储气洞穴在地下450米,总容积达5.6105m3,储气压力约为75bar。该电站压缩机功率为50MW,膨胀机功率为110MW,可实现连续41小时充气和26小时发电,机组从启动到满负荷约需9分钟,系统效率为54%。另外,日本于2001年在北海道空知郡投运了上砂川町2MW压缩空气储能示范项目。其余国家如瑞士、法国、英国、意大利、俄罗斯、以色列、芬兰、南非和韩国等国家也在积极开发压缩空气储能电站。

冷却器:热交换设备,用于存入压力容器前的冷却,防止空气在压力容器或洞穴中压力减少;

以上商业电站均属于传统压缩空气储能技术。在用电低谷,压缩机将空气压缩并存于储气室中,使电能转化为空气的内能存储起来;在用电高峰,高压空气从储气室释放,进入燃烧室同燃料一起燃烧,然后驱动透平发电。

压力容器:存储冷却后的空气,若采用洞穴存储,则需要满足耐压程度较高、密封性较好的地质条件;

www.2061.com,但传统压缩空气储能系统存在三个技术瓶颈,一是依赖天然气等化石燃料提供热源,不适合我国这类缺油少气的国家;二是需要特殊地理条件建造大型储气室,如高气密性的岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等;三是系统效率较低,需进一步提高。

回热器:热交换设备或燃烧室,将空气温度提高至1000℃左右,使涡轮机持续长时间稳定运行,以便于提高涡轮机效率;

涡轮机:空气通过涡轮机降压,内能转化为动能;

发电机:多为同步发电机,将动能转化为电能。

目前压缩空气系统存在着诸多问题,其中最重要的是其与抽水蓄能一样太受地理条件约束,建造压缩空气系统,需要特殊的地理条件来作为大型储气室,如高气密性的岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等,这一限制是影响这项技术推广的重要因素之一。此外传统的空气压缩系统,系统效率仅为40%-55%,相比抽水蓄能的80%,效率较低。

由其原理,可以知道,压缩空气储能很大一部分能量,在压缩空气过程中转化为热能,没有得到有效利用,这是导致这项技术效率低下的重要原因。要想提高压缩空气系统效率,可以将压缩过程中产生的热量通过储热器存储起来,待发电过程中用这部分热量预热压缩空气,可以达到回收热量的目的,这一改进技术,称为绝热压缩空气储能系统。目前这一系统仍未有实际示范项目投入运行,该系统面临的最大挑战如何保证储热器的储热时常以及如何能做到更经济合理的系统设计。

压缩空气储能技术参数

压缩空气储能技术优缺点

随着储能需求的不断增长,压缩空气储能作为储能量级唯一可与抽水蓄能相媲美的大规模储能,技术正越来越受到青睐。其优点如下:

• 快速启动时间

• 能量密度和功率密度较高

• 具备黑启动能力

• 日常运营成本低

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