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編者按：近期壓縮空氣儲能技術被關注，對此，本文詳解了壓縮空氣儲能技術原理。

壓縮空氣儲能技術（compressed air energy storage），簡稱CAES，是一種利用壓縮空氣來儲能的技術。目前，壓縮空氣儲能技術，是繼抽水蓄能之后，第二大被認為適合GW級大規(guī)模電力儲能的技術。其工作原理是，在用電低谷時段，利用電能將空氣壓縮至高壓并存于洞穴或壓力容器中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰時段，將高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃燒室燃燒利用燃料燃燒加熱升溫后，驅(qū)動渦輪機發(fā)電。

 

一套完整的壓縮空氣系統(tǒng)五大關鍵設備組成：由壓縮機、冷卻器、壓力容器、回熱器、渦輪機以及發(fā)電機。各部件作用如下，

 

壓縮機：將空氣壓縮，將電能轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能，空氣壓力可達70-100 bar，溫度可達 1000 ° C；

 

冷卻器：熱交換設備，用于存入壓力容器前的冷卻，防止空氣在壓力容器或洞穴中壓力減少；

 

壓力容器：存儲冷卻后的空氣，若采用洞穴存儲，則需要滿足耐壓程度較高、密封性較好的地質(zhì)條件；

 

回熱器：熱交換設備或燃燒室，將空氣溫度提高至1000℃左右，使渦輪機持續(xù)長時間穩(wěn)定運行，以便于提高渦輪機效率；

 

渦輪機：空氣通過渦輪機降壓，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能；

 

發(fā)電機：多為同步發(fā)電機，將動能轉(zhuǎn)化為電能。

 

目前壓縮空氣系統(tǒng)存在著諸多問題，其中最重要的是其與抽水蓄能一樣太受地理條件約束，建造壓縮空氣系統(tǒng)，需要特殊的地理條件來作為大型儲氣室，如高氣密性的巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，這一限制是影響這項技術推廣的重要因素之一。此外傳統(tǒng)的空氣壓縮系統(tǒng)，系統(tǒng)效率僅為40%-55%，相比抽水蓄能的80%，效率較低。

 

由其原理，可以知道，壓縮空氣儲能很大一部分能量，在壓縮空氣過程中轉(zhuǎn)化為熱能，沒有得到有效利用，這是導致這項技術效率低下的重要原因。要想提高壓縮空氣系統(tǒng)效率，可以將壓縮過程中產(chǎn)生的熱量通過儲熱器存儲起來，待發(fā)電過程中用這部分熱量預熱壓縮空氣，可以達到回收熱量的目的，這一改進技術，稱為絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)（AA-CAES）。目前這一系統(tǒng)仍未有實際示范項目投入運行，該系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)如何保證儲熱器的儲熱時常以及如何能做到更經(jīng)濟合理的系統(tǒng)設計。

 

壓縮空氣儲能技術參數(shù)

 

 

隨著儲能需求的不斷增長，壓縮空氣儲能作為儲能量級唯一可與抽水蓄能相媲美的大規(guī)模儲能，技術正越來越受到青睞。其優(yōu)點如下：

 

• 快速啟動時間（<15分鐘）

 

• 能量密度和功率密度較高

 

• 具備黑啟動能力

 

• 日常運營成本低

 

• 地球表面的地下儲存空間小

 

• 設備的使用壽命長，損耗低

 

• 壓縮空氣自放電率低

 

• 對于絕熱壓縮空氣其系統(tǒng)效率較高（70-75％），且不需要借助傳統(tǒng)化石能源加熱壓縮空氣，能夠真正做到碳中和。

 

壓縮空氣儲能技術具有調(diào)頻（二次和三次調(diào)頻），電壓調(diào)節(jié)，峰值負載調(diào)節(jié)，負載平衡，靜止儲備，黑啟動能力，未來應用空間十分廣大，且該項技術良好的區(qū)域相關性，在我國三北地區(qū)有巨大發(fā)展?jié)摿?，同時可用于海上風電儲能（北海鹽洞）。

 

然而，壓縮空氣儲能但同時也受各方面因素約束，如：

 

• 投資成本高，投資回報長（投資回報> 25年）

 

• 建成系統(tǒng)，必須滿足某些地質(zhì)條件（壓力密封洞穴），且鹽洞成較高

 

• 對于絕熱系統(tǒng)，蓄熱器自放電率高

 

• 對于非絕熱系統(tǒng)效率又比較低（<55％）

 

而且這項技術經(jīng)驗不足，目前僅運行兩個（較舊的）非絕熱壓縮空氣儲能項目; 絕熱系統(tǒng)目前還沒有示范項目投入運行?？紤]到地理因素，洞穴開挖也會對環(huán)境造成一定的影響，且洞穴的合適位置數(shù)量有限，通常洞穴用作天然氣或石油儲存，更具有經(jīng)濟效益。最后，分散存儲系統(tǒng)的競爭日益激烈，在小規(guī)模儲能容量下，這項技術的競爭力暫時不足以與其他技術相媲美。

 

 

Huntorf是德國1978年投入商業(yè)運行的電站，目前仍在運行中，是世界上最大容量的壓縮空氣儲能電站。機組的壓縮機功率60MW，釋能輸出功率為290MW，最長額定輸出時間為2小時。系統(tǒng)將壓縮空氣存儲在地下600m的廢棄礦洞中，礦洞總?cè)莘e達3.1×105m3，壓縮空氣的壓力最高可達10MPa。機組可連續(xù)充氣8h，連續(xù)發(fā)電2h。該電站在1979年至1991年期間共啟動并網(wǎng)5000多次，平均啟動可靠性97.6%。電站采用天然氣補燃方案，實際運行效率約為42%，扣除補燃后的實際效率為19%。

 

 

美國Alabama州的McIntosh壓縮空氣儲能電站1991年投入商業(yè)運行，是世界上第二座投入運營的商業(yè)壓縮空氣儲能電站。該系統(tǒng)壓縮機組功率為50MW，發(fā)電功率為110MW。儲氣洞穴在地下450m，總?cè)莘e為5.6×105m3，壓縮空氣儲氣壓力為7.5MPa?？梢詫崿F(xiàn)連續(xù)41h空氣壓縮和26h發(fā)電，機組從啟動到滿負荷約需9min。該電站由Alabama州電力公司的能源控制中心進行遠距離自動控制。與Huntorf類似的是，仍然采用天然氣補燃，實際運行效率約為54%，扣除補燃后的實際效率20%。

 

 

原標題:【儲能技術】壓縮空氣儲能