柔性压缩空气储能技术

柔性压缩空气储能技术梅生伟/陈来军清华大学青海大学中盐盐穴公司压缩空气储能研究背景——以清华三代压缩空气储能为例口大规模储能技术对比各类储能技术同时存在独特的技术优势和固有的技术限制满足多样化的储能场景需要发展多样化的储能技术3/30口补燃式压缩空气储能燃器燃器电能输出德国Huntorf电站电能输出电能输入◆储能过程中电能驱动压缩机，产生高压空气并存储◆释能过程中高压空气通过天然气加热进入燃机做功发电口非补燃压缩空气储能>2011年，清华大学卢强院士、梅生伟教授提出了基于压缩热回馈的非补燃式压缩空气储能技术，并先后进行了低温蓄热(<200℃)和中温蓄热(<400℃)技术路线的试验验证压缩热回收关键技术压缩热回收高压储罐高压储罐置装气置装气储电能输入压缩热(供暖)低温空气(制冷)输出电能核心难题!核心难题!62.38%(2022年)在建(1500MW)江苏金坛60MW内蒙古、江苏、青海、山西、CAES商业电站湖南等地共10座51%(2016年)青海西宁100kWCAES试验电站国家示范项目国家示范项目安徽芜湖500kW储能电站对电网的适应性(柔性)有待提高!6/30二.定容压缩空气储能技术清华大学压缩空气储能技术(第一代)口安徽芜湖500kW压缩空气储能试验电站(第一代，钢罐储气)>2014年建设了安徽芜湖500kW压缩空气储能工业试验电站，世界首座，电-电效率40%,与德国Huntorf补燃式电站(42%)相当减速器工信部电子五所测试报告TICC-500效果图空气透平发电机工信部电子五所测试报告帽蓄报告压缩机TICC-500现场TICC-00压CF5TC项二.定容压缩空气储能技术清华大学压缩空气储能技术(第二代)复合式压缩空气储能试验电站(第二代，管线钢储气)>集成槽式太阳能集热与非补燃压缩空气储能技术，2016年建设了青海西宁100kW光热复合CAES工业试验电站，电-电效率51%,与美国Mclntosh补燃式电站(55%)相当导热油钢罐管线钢水导热油钢罐二.定容压缩空气储能技术清华大学压缩空气储能技术(第三代)盐穴压缩空气储能电站(第三代，盐穴储气)弃风、弃光弃风、弃光及低谷电多热地下800-1000米稳定岩层高压空气9网协同发电机合平起座机地下盐层高峰电*r.Lwa>2017年5月获批国家能源局示范项目，2018年12月>一期建设60MW/300MWh,二期将建设百万千瓦二.定容压缩空气储能技术清华大学压缩空气储能技术(第三代)盐穴压缩空气储能电站(第三代，盐穴储气)提升·高效率：储能效率>60%二.定容压缩空气储能技术清华大学压缩空气储能技术(第三代)口江苏金坛60MW/300MWh盐穴压缩空气储能电站(第三代，盐穴储气)面向储-网能系统运行与调控口电站布局——金坛60MW口电站布局——金坛60MW/300MW盐穴电站(第三代)二.定容压缩空气储能技术清华大学压缩空气储能技术(第三代)>2021年7月取得国网江苏电力公司调度许可，命名为“中华储能1号机组”>2022年3月取得并网通知书，开始机组整套启动试运2022年4月与国网江苏电力公司签署购售电合同及并网协议5月17日完成4个“储+释”全周期满负荷试验后，2022年5月26日投产运行>2022年7月，江苏电力调度控制中心发文，确认项目已满足电网安全运行及调度管理相关要求漏电力工程质量监督检查并网通知书nsarune.力电工rr*0眩,幢通调度许可并网通知书购电合同并网协议调度中心文件二.定容压缩空气储能技术清华大学压缩空气储能技术(第三代)口电站运行>截止2024年10月底，储能/释能模式运行957次，累计实现调峰电量3.18亿千瓦时，平均负荷率>90%,装置投入率100%>2022年至2024年按江苏省调需求随时调运，完成了尖峰负荷调度任务，以“一储一发”或“一储多发”二.定容压缩空气储能技术清华大学压缩空气储能技术(第三代)口经济效益+迎峰度夏(冬)期间调峰收入+顶峰补贴收入)江苏省发展和改革委员会江苏省发展和改革委员会H项目1234储热系统(含导热油)56土建(含储气库)7 省发械革关子印发加快修动我省新型项目高量发展的者千前通知迎峰度夏(冬)期间迎峰度夏(冬)期间非迎峰度夏(冬)期间60%进行结算——以清华三代压缩空气储能为例3.1压缩空气储能调相运行技术3.3抽蓄压缩空气储能联合循环>新能源占比高，惯量弱，抗扰性低，电网“强直弱交”凸显，需大规模动态无功支撑压缩空气储能除承担基本调峰任务外，还具备为电网提供惯量和动态无功支撑的潜力>控制透平发电机组的励磁系统，使其接近零功率因数，向电网提供动态无功。提出调相运行技术，并通过典型场景验证了其有效性压缩进气释气调相关闭进气阀释气调相关闭进气阀oo(a)压缩-调相模式(b)调相模式(c)发电模式三.柔性压缩空气储能技术3.1压缩空气储能调相运行技术——设计方案两种运行工况可滞后(发感性无功)、可超前(吸感性无功)三种出力特性√瞬态特性：毫秒级响应，在电网发生故障导致电压跌GHPr=循环油泵惆换热器4节流阀气口恒压压缩空气储能定容式定容式恒压式不装装工作点稳定，运行效率高利用率高三.柔性压缩空气储能技术3.2水下柔性压缩空气储能技术——工程需求与技术原理>水下柔性压缩空气储能系统采用水下柔性储气气囊存储高压空气，利用水的静压实现恒压储气和恒压透平发电地s水库口储能过程：通过低谷电能驱动压缩机将空气压缩至高温高压状态后，采用冷却器回收高压空气中的高温热能并存储于蓄热器中，被冷却后的常温空气经过输气管路注入水下柔性气囊，气囊存储空气后膨胀；地s水库数A口释能过程：在静水压的作用下释放气囊内部的空气，从气囊出口的高压常温空气经过输气管路进入回热器被加热至高温高压状态，从回热器出口的高温高压空气再进入透平机发电。数A水下柔性压缩空气储能系统通过水的静压补偿实现恒定压力储气/发电，可避免常规压缩空气储能因节流导致的能效损失，且系统工作点维持恒定，从而进一步提高系统效率两三.柔性压缩空气储能技术高温储热罐上水库上水库低温储热罐GG三.柔性压缩空气储能技术3.3抽蓄压缩空气储能联合循环——典型设计方案地理条件：上库位于山顶，下库位于山脚，两库高度差300m,对应最大储气压力约为3MPa,储气库有效容积为6.5万立方米。0气压嘟机效率)35年三.柔性压缩空气储能技术3.4火电压缩空气储能联合循环——工程需求向上节容量不是向上节容量不是高比例新能源电力系统调节需求迫切低负荷下经济性调节速率较慢火电出力调节范围传统火电机组调节范围有限三.柔性压缩空气储能技术3.4火电压缩空气储能联合循环——设计思路√释能阶段：火电机组的多余热量加热高压空气，√充分利用火电厂的余