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三種壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)介紹
日期:2021-05-14   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
3月12日,《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》全文發(fā)布。“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中明確指出在氫能與儲(chǔ)能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域,組織實(shí)施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃,謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)。其中提出要實(shí)施電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。

現(xiàn)代能源體系建設(shè)工程共有5大項(xiàng)目,其中在電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)方面,要建設(shè)桐城、磬安、泰安二期、渾源、莊河、安化、貴陽、南寧等抽水蓄能電站,實(shí)施電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。

可再生能源近年來得到了快速的發(fā)展,不僅僅是由于這是促進(jìn)減少碳排放的有效途徑,更因?yàn)轱L(fēng)能和太陽能是全球普遍存在的能源資源:本地開發(fā),本地使用,無需運(yùn)輸,更不用考慮國際市場的波動(dòng)。在相關(guān)成本不斷降低的背景下,很多之前經(jīng)濟(jì)性不算好的地方也能使用風(fēng)能和太陽能了。但是由于這兩種發(fā)電方式天然的間歇性和不穩(wěn)定性,可靠、低成本的儲(chǔ)能系統(tǒng)也越來越受到重視。目前,比較受關(guān)注的壓縮空氣相關(guān)的儲(chǔ)能技術(shù)有三種。

1.鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)

壓縮空氣儲(chǔ)能是利用剩余電力壓縮空氣,并將其儲(chǔ)藏在高壓密封設(shè)施內(nèi),需要時(shí)再釋放出來驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這種技術(shù)多年前就已經(jīng)出現(xiàn),關(guān)鍵在于成本:大容量、密封性好的容器是很貴的。利用開采鹽礦后剩余的礦洞來儲(chǔ)存壓縮空氣是這一領(lǐng)域最新的發(fā)展趨勢,我國目前已有示范性項(xiàng)目即將建成。

鹽穴,即鹽礦開采后留下的礦洞,是一種寶貴的不可再生資源。我國鹽穴資源豐富,大部分體積巨大且密封性良好,適于儲(chǔ)存石油、天然氣等重要戰(zhàn)略物資,也是儲(chǔ)存高壓空氣的理想場所。


金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目是目前空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域唯一國家示范項(xiàng)目、國內(nèi)首個(gè)鹽穴儲(chǔ)能發(fā)電項(xiàng)目和世界首座非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)電站,一期建設(shè)1套6萬千瓦×5小時(shí)的鹽穴非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)約為1660小時(shí),電換電效率為60%以上,使用壽命超過30年,二期規(guī)劃建設(shè)規(guī)模為35萬千瓦,終期規(guī)模將達(dá)100萬千瓦。

除此之外,2020年底,中儲(chǔ)國能(北京)技術(shù)有限公司獲得了由中科創(chuàng)星、株洲高科領(lǐng)投的1.6億元天使輪投資。中儲(chǔ)國能專注于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù),技術(shù)源自中國科學(xué)院工程熱物理研究所。中儲(chǔ)國能正在建設(shè)國際首套100MW壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于張家口市張北縣廟灘云計(jì)算產(chǎn)業(yè)園區(qū)。目前項(xiàng)目主設(shè)備已完成加工及測試,正在開展廠房及設(shè)備基礎(chǔ)建設(shè),預(yù)計(jì)2021年上半年將完成系統(tǒng)集成安裝,下半年將完成調(diào)試并投入運(yùn)行。

除此之外,眾多壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目已進(jìn)入商業(yè)階段,如華能浙江溫州簽訂200MW礬山壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目,魯銀投資擬攜山東鹽業(yè)等開展鹽穴儲(chǔ)氣相關(guān)先導(dǎo)性試驗(yàn),山東首個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站開工建設(shè),中廣核旗下公司山西簽約壓縮空氣儲(chǔ)能等項(xiàng)目,江蘇金衛(wèi)星能源科技有限公司為清華大學(xué)盧強(qiáng)院士壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目投資10億元,貴州電網(wǎng)公司壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域申請專利量居全球第十二位……

2.液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)

利用天然礦洞來儲(chǔ)存壓縮空氣成本雖然很低,但這種礦洞資源可遇而不可求,可以使用的地方很有限。同樣是使用壓縮空氣作為儲(chǔ)能方式,英國的一家公司試圖讓這種方案具有更廣的適用范圍。

利用剩余電力將空氣降溫到零下196℃,空氣將被液化,這樣體積便縮小了近700倍,極大地降低了對儲(chǔ)存裝置容量的需求。需要輸出電力時(shí),空氣膨脹驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)即可供電,轉(zhuǎn)化效率約為60-70%。這比電池效率略低,但是儲(chǔ)罐的成本非常低,而且不需要補(bǔ)充耗材,使用壽命很長,具有大規(guī)模推廣的潛力。

該系統(tǒng)是由來自英國赫特福德郡的自學(xué)成才的“后院發(fā)明家”彼得·迪爾曼設(shè)計(jì)的,已獲得英國政府的1000萬英鎊資助,建成的50 MW儲(chǔ)能設(shè)備將為曼徹斯特附近大約50000個(gè)家庭存儲(chǔ)5個(gè)小時(shí)的電力。Carlton Highview Storage還計(jì)劃在英國進(jìn)一步開發(fā)四個(gè)液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目,儲(chǔ)能容量總計(jì)超過1GWh。

Highview的液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能解決方案具有30-40年的使用壽命,效率約為60%-70%,已通過幾個(gè)MW規(guī)模的試點(diǎn)項(xiàng)目證明,在GW規(guī)?;蛎總€(gè)項(xiàng)目數(shù)百M(fèi)W的規(guī)模下是最經(jīng)濟(jì)的。據(jù)外媒2020年10月28日報(bào)道,Highview宣布與總部位于智利的Energia-Latina S.A. Enlasa (Enlasa)成立合資公司(JV),將在智利和其他拉美市場開發(fā)“GW級低溫壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目”。

3.多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能海上電站

多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能海上電站是一種新穎的綜合性技術(shù)裝備,目前還在技術(shù)研發(fā)階段。海上電站海浪能部分采用浮筒-氣缸結(jié)構(gòu),利用海水的浮力及海浪的上下起伏將環(huán)境空氣壓縮進(jìn)入集氣管;風(fēng)能部分采用垂直軸風(fēng)輪-空壓機(jī)(機(jī)頭)結(jié)構(gòu),利用自然風(fēng)能將環(huán)境空氣壓縮進(jìn)入集氣管;槽式太陽能集熱管系統(tǒng)將太陽能熱量收集通過換熱器將透平前壓縮空氣加熱升溫進(jìn)一步增加壓縮空氣能量,提高透平效率,同時(shí)提高透平后尾氣溫度,便于尾氣再利用。

海上電站為由框架及三層平臺(tái)構(gòu)成的海上構(gòu)筑物,每個(gè)浮筒的4個(gè)側(cè)面被框架所限制并留有適當(dāng)間隙使浮筒僅能做上下垂直運(yùn)動(dòng)且不被卡死,多個(gè)框架相連構(gòu)成整個(gè)海上電站,第一層平臺(tái)是浮筒氣缸平臺(tái);第二層平臺(tái)是風(fēng)力機(jī)平臺(tái),第二層平臺(tái)中央位置設(shè)置廠房建筑,廠房建筑內(nèi)設(shè)置換熱器、透平、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)及電氣設(shè)備等;第三層平臺(tái)即廠房建筑屋頂,是槽式太陽能集熱管系統(tǒng)布置平臺(tái)。且第一、二層平臺(tái)遍布集氣管,由于集氣管長度較長容積較大兼具壓縮空氣存儲(chǔ)、輸送作用,通過集氣管的儲(chǔ)能作用,當(dāng)海浪能、風(fēng)能、太陽能能量波動(dòng)變化時(shí),輸入透平壓縮空氣壓力流量仍可保持一定時(shí)間的穩(wěn)定輸出。同時(shí),海上電站為保持壓縮空氣溫度所有管道均采取保溫措施。

海上電站海浪能利用方式不同于其它海洋能利用方式,與海水接觸的設(shè)備只有鋼筋混凝土框架及被限制在其中的浮筒,浮筒采用漁網(wǎng)浮漂材料(硬質(zhì)PVC泡沫材料),該種材料具有良好的耐磨性及硬度,與框架接觸方式采用滑動(dòng)摩擦方式,海面下不存在任何旋轉(zhuǎn)部件。海浪能壓縮空氣壓強(qiáng)決定于浮筒體積及氣缸直徑,風(fēng)能壓縮空氣壓強(qiáng)決定于垂直軸風(fēng)輪掃風(fēng)面積及空壓機(jī)設(shè)計(jì)功率,海上電站集氣管壓強(qiáng)大于透平設(shè)計(jì)進(jìn)氣壓強(qiáng),使集氣管起到儲(chǔ)能作用。據(jù)估算,6MW海上電站占海面積為9萬㎡,年利用小時(shí)數(shù)8760小時(shí),年發(fā)電量0.5億kwh,造價(jià)3.5-4.5億元,使用壽命70年,按全生命周期計(jì)算度電成本0.114元/kwh,不包括其它產(chǎn)品收入。

海上電站壓縮空氣除通過透平膨脹帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電力外,其尾氣還可再利用,據(jù)北京天瑞星光熱技術(shù)有限公司資料,槽式太陽能集熱管(導(dǎo)熱油型及熔鹽型)其工作溫度為400℃,參考100kw空氣透平進(jìn)氣溫度180-260℃,排氣溫度88-176℃,其尾氣仍具有較高熱值,通過曲管換熱器的方式與海水換熱,海水蒸發(fā)以蒸餾水回收的方式制取淡水。

如果將蒸餾水引入電解槽,利用海上電站自身電力電解水,即可在陰極得到氫氣,陽極得到氧氣。這樣海上電站的產(chǎn)品包括電力、淡水、海鹽、冷、熱、氫氣、氧氣。產(chǎn)品種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他可再生能源單一電力產(chǎn)品,經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。同時(shí),其可再生能源綜合利用效率可達(dá)70-80%,特別是,由于整個(gè)過程均為物理變化,對環(huán)境不產(chǎn)生任何影響,利用自身電力制備綠色氫能,其原料水取自海水,較陸地電解水制氫成本更具優(yōu)勢。

我國從浙江到廣東岸線近海及其島嶼是海浪能、風(fēng)能最為集中的區(qū)域,具有海上電站建設(shè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。同時(shí)上述區(qū)域沿海海島眾多,超過4000座,且距離大陸約30km,海上電站的開發(fā)可以帶動(dòng)我國海島資源的利用,拉動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。 

原標(biāo)題:三種壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)介紹
 
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