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压缩空气储能(Compressed-Air Energy Storage)

     
景夫生态摘要:压缩空气储能(Compressed-Air Energy Storage)是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气,将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中,在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方...


压力容器


压缩空气储能


压缩空气储能(Compressed-Air Energy Storage)是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气,将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中,在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。


关于压缩空气储能系统的形式也是多种多样,按照工作介质、存储介质与热源可以分为:传统压缩空气储能系统(需要化石燃料燃烧)、带储热装置的压缩空气储能系统、液气压缩储能系统。


压缩空气蓄能指的是在高压情况下通过压缩空气来存储大量的可再生能源,然后将其储存在大型地下洞室、枯竭井或蓄水层里。在非用电高峰期,如晚上或周末,用电机带动压缩机,将空气压缩进一个特定的地下空间储存。然后,在用电高峰期(如白天),通过一种特殊构造的燃气涡轮机,释放地下的压缩空气进行发电。虽然燃气涡轮机的运行仍然需要天然气或其他化石燃料来作为动力,但这种技术是一种更为高效的能源利用方式。


工作原理


压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量,由电动机带动空气压缩机,将空气压入作为储气室的密闭大容量地下空间,即将不可储存的电能转化成可储存的压缩空气的气压势能并储存于贮气室中。当系统发电量不足时,将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧,导入燃气轮机做功发电,满足电力系统调峰需要。压气机、电动机、贮气室等组成的蓄能子系统将电站低谷的低价电能通过压缩空气储存在岩穴、废弃矿井等贮气室中,蓄能时通过联轴器将电动发电机和压气机耦合,与燃气轮机解耦合。电力系统高峰负荷时,利用压缩空气燃烧驱动燃气轮机发电,燃气轮机、燃烧室以及加热器等发电子系统,发电时电动发电机与燃气轮机耦合,与压气机解耦合。


压缩空气储能技术具有储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等特点。与抽水蓄能及电化学储能相比,压缩空气储能具有建设周期短、选址相对容易、对生态环境更友好的优势。压缩空气储能技术凭借其广泛的应用场景和显著的技术优势,在能源储存和电力供应领域发挥着越来越重要的作用。随着技术的不断进步和成本的降低,其应用前景将更加广阔。


目前蓄能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气蓄能、超导电磁蓄能、飞轮蓄能、高效电池蓄能、燃料电池蓄能等方式,与其他蓄能技术相比,压缩空气蓄能具有独特优势和重要意义。


1、空气是“能源多媒体”的最佳选择。大力开发太阳能、风能、波浪能以及核能是世界潮流,但往往都存在供需不同步、供需不均衡的状态,能够把各种形态能源转换、储存、取用的“能源多媒体”只有空气,它是最佳选择。

2、经济效益、社会效益巨大。按发电量的三分之计算,每年可节约4亿吨煤炭,相当于数10座中大型煤矿年产量,而且年年受益,经济效益、社会效益巨大,可节约大量资源,促进经济社会可持续发展。

3、安全系数高,环境污染小。如果储气罐漏气,罐内压力会骤然降低。空气既不会爆炸也不会燃烧,没有爆炸、污染环境的危险,因此是一种比较安全、清洁的储能方式。



发展趋势


1、改进燃气轮机循环,可应用回热技术,发展联合循环技术。

2、机组和电站的大型化、自动化,可进一步发展储存空间。

3、用于分布式能源系统及热、电、冷联供,应用微型、小型燃气轮机组成的微型或小型CAES电站,可在投入较少的情况下,调节峰谷差,保证供电质量。




应用场景


可再生能源储能

太阳能和风能储能:由于太阳能和风能具有不稳定性,压缩空气储能技术可以将这些间歇性的可再生能源转化为压缩空气并储存起来,以便在能源需求高峰时段释放能量。

解决“弃风弃光”问题:在风电和光伏资源丰富的地区,由于当地电力消纳能力有限,导致大量电能无法被有效利用。压缩空气储能技术可以在电源侧对电能进行储集,有效解决“弃风弃光”问题。


电网平衡

电网调峰:压缩空气储能系统可以在电力需求高峰时释放储存的能量,以满足电网的需求,实现电网的削峰填谷。

提高电网稳定性和可靠性:通过平衡能源供应和需求之间的差异,压缩空气储能技术可以提高电网的稳定性和可靠性。


工业电力需求

工业生产通常需要大量电力,且常常需要应对电力需求高峰。使用压缩空气储能技术可以将多余的电力转化为储存的压缩空气,以便在需要时释放能量。

分布式能源系统应用:在微电网、离网电力系统等小规模的能量存储中,压缩空气储能技术也发挥着重要作用。


紧急备用能源

在紧急情况下,如自然灾害或电网故障,压缩空气储能技术可以提供备用能源,确保电力供应的稳定性和可靠性。



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