压缩空气储能技术及其应用探讨

1、压缩空气储能技术及其应用探讨 摘 要 压缩空气储能被公认为是一种比较适合大规 模系统的储能技术，是实现电网削峰填谷，解决风电、光伏 等波动性新能源消纳的有效手段，是支撑可再生能源发展的 关键技术之一。其在能源行业中的应用，能够提高我国能源 的利用率。基于此，文章主要对压缩空气储能技术原理进行 了分析，并对其技术应用进行了研究，以期能够提高储能效 果。 关键词 压缩空气；储能技术；应用中图分类号： G989 文献标识码： A 文章编号：1009-914X （2017）48-0026-01引言 随着社会经济的快速发展，我国新能源发电增长迅速， 由于风电、光伏等新能源发电具有波动性、不确定性，给大

2、规模并网建设带来了困难。大规模电力储能技术以其分时储 /释能的特点受到越来越多关注，压缩空气储能技术的应用， 对地理环境等客观条件要求宽松，因而受到越来越广泛的重 视。对此，在储能电站建设过程中，相关人员要充分考虑压 缩空气储能技术在其中的应用，提高储能效果，保证我国能 源的最大利用率。1 压缩空气储能的技术原理 压缩空气储能是基于燃气轮机技术提出的一种能量存 储系统。图 1 为燃气轮机的工作原理图，空气经压气机压缩 后，在燃烧室中利用燃料燃烧加热升温，然后高温高压燃气 进入透平膨胀做功。燃气轮机的压气机需消耗约 2/3 的透平 输出功，因此燃气轮机的净输出功远小于透平的输出功。压 缩空气储能

3、系统的压缩机和透平不同时工作，在储能时，压 缩空气储能系统耗用电能将空气压缩并存于储气室中；在释 能时，高压空气从储气室释放，进入燃烧室利用燃料燃烧加 热升温后，驱动透平发电。由于储能、释能分时工作，在释 能过程中，并没有压缩机消耗透平的输出功，因此，相比于 消耗同样燃料的燃气轮机系统，压缩空气储能系统可以多产 生 2 倍甚至更多的电力。压缩空气储能系统工作原理如图2所示：压缩空气储能具有适用于大型系统（ 100MW 级以上）、 储能周期不受限制、系统成本低、寿命长等优点，但存在对 大型储气室、化石燃料的依赖等问题。2 压缩空气储能关键技术从功能原理方面考虑，可以将 CAES 系统划分为压缩、

4、 储气、回热、膨胀发电等四个子过程，其相应的关键技术即 为高效压缩技术、大容量储气技术、高温蓄热技术和高效膨 胀技术。2.1 压缩 作为储能过程中的核心部件，压缩机具有流量大、效率 高、压比高、背压变化大等特点，与燃机中的压缩机和一般 的工业压缩机具有很大的不同。目前在大型 CAES 电站设计 中多采用低压段轴流压缩机与高压端离心压缩机组成的多 级压缩、 级间冷却的工作模式， 而对于先进绝热 CAES 系统， 则要采用大压比、高温升的轴流或者离心压缩机，以满足较 高的压缩排气温度。2.2 储气CAES 采用空气作为储能介质，储气系统具有容量大、 压力高等特点。 CAES 电站的容量和储气室的容

5、积、压力紧 密相关，如何获得可靠、低造价的储气室成为电站建设的关 键。大型 CAES 电站一般采用地下盐穴或者人工 ?_凿的地下 岩洞作为储气室； （；）中小型的储能电站可以考虑采用压力 容器作为储气室，虽然布置形式灵活，但是系统造价较高。2.3 回热作为非补燃 CAES 的关键技术，回热技术对系统的储能 效率影响极大，回热温度越高，系统的储能效率也越高。对 于高温的回热系统可以选用导热油、熔融盐等蓄热工质，采 用光热发电技术中所常用的双罐布置方案。2.4 膨胀发电 膨胀发电系统是释能过程中热功转换的核心部件，其效 率的高低直接决定着整个电站的储能效率。考虑到膨胀机的 结构形式与燃气轮机的膨胀

6、机类似，目前 CAES 多采用多级 膨胀加中间再热的结构形式，但由于膨胀机的膨胀比高于常 规的燃气轮机，故对膨胀机的设计和制造具有较高的要求。3 压缩空气储能技术的应用 压缩空气储能技术最初主要用于电网的调峰和调频，但 是随着该技术的发展，逐渐在微能源网、可再生能源、分布 式能源、 UPS 电源等领域得到了应用。压缩空气储能技术目 前具有以下几方面的应用：3.1 削峰填谷集中式的大型 CAES 电站的单机容量可达百兆瓦以上量 级，发电时间可达数小时，可在电力系统负荷低谷时消纳富 余电力，在负荷高峰时向电网馈电，起到“削峰填谷”的作 用，从而促进电力系统的经济运行。3.2 消纳新能源分散式 CA

7、ES 电站的容量配置为几兆瓦到几十兆瓦，可 与光伏电站、风电场、小水电站等配套建设，将间歇性的可 再生能源储存起来，在用电高峰期释放，缓解当前的弃风、 弃光和弃水困局。3.3 构建独立电力系统CAES 还可用于沙漠、山区、海岛等特殊场合的电力系统。该类地区对储能系统的寿命、环保等方面有特殊需求 在此情况下，若配合风力发电、光伏发电、潮汐发电等清洁 能源，结合非补燃 CAES 的冷热电联供特点，则有望构建低 碳环保的冷 -热 -电三联供独立电力系统。3.4 紧急备用电源由于非补燃 CAES 技术不受外界电网、燃料供应等条件 的限制，对于电网出现突发情况如冰灾造成的断网等，该技 术的应用将能确保重要负荷单位如政府机关、军事设施、医 院等的正常运行。3.5 CAES 动力汽车CAES 动力汽车具有环保无污染、使用成本低等优点， 目前法国、美国、英国、印度和韩国等国家正在进行气动发 动机及压缩空气动力汽车的研究工作。 其中，法国 MDI 汽车 公司研制的压缩空气汽车配备一罐 90L 、30MPa 压力的压缩 空气可以行驶 240km ，可以预期未来具有较广的应用前景。结束语 综上所述，压缩空气储能技术作为大规模储能技术的主 要组成之一，随着科学技术的不断发展，其在我国工业中的 应用也越来