目前,應用較廣泛的是(shi)太(tai)陽能補(bu)熱(re)(re)型(xing)壓(ya)(ya)縮空(kong)氣儲能系統,該(gai)系統是(shi)利用太(tai)陽集熱(re)(re)裝置聚(ju)光形成溫度可達500℃以上的高溫熱(re)(re)源對壓(ya)(ya)縮空(kong)氣進行補(bu)熱(re)(re)升溫后,再推動(dong)透平(ping)膨脹(zhang)做功,從而提高系統運行效(xiao)率的儲能系統。
美國(guo)普渡大學(xue)、英國(guo)華(hua)(hua)威大學(xue)、英國(guo)諾丁漢大學(xue)、伊朗德黑蘭大學(xue)、中科院工程熱物理(li)所(suo)、清華(hua)(hua)大學(xue)、華(hua)(hua)南理(li)工大學(xue)等機構也開展了相關研究。
主要應用領域
壓(ya)縮(suo)空(kong)氣儲能(neng)技(ji)術最早主要用(yong)于(yu)電(dian)力系(xi)(xi)統(tong)的(de)調峰和調頻,但隨著技(ji)術不斷發(fa)展和微(wei)小型(xing)壓(ya)縮(suo)空(kong)氣儲能(neng)技(ji)術的(de)出現,其應用(yong)越(yue)來越(yue)廣(guang)泛,在可再生(sheng)能(neng)源、分(fen)布式能(neng)源、汽車動(dong)力系(xi)(xi)統(tong)、UPS電(dian)源等方面都(dou)得到了應用(yong)。
電力系統調峰
目前,每(mei)日的用(yong)電(dian)(dian)(dian)負荷(he)是波動變化的,且峰(feng)谷差(cha)日趨增大。為了滿足(zu)要求,當前的發(fa)電(dian)(dian)(dian)裝(zhuang)機(ji)(ji)容(rong)量(liang)(liang)(liang)與(yu)電(dian)(dian)(dian)網容(rong)量(liang)(liang)(liang)需按最大需求建設,導致用(yong)電(dian)(dian)(dian)低(di)(di)谷時發(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)組停(ting)機(ji)(ji)或低(di)(di)負荷(he)運行,以及(ji)電(dian)(dian)(dian)網容(rong)量(liang)(liang)(liang)的浪費。壓(ya)縮(suo)空氣儲能作為大規模容(rong)量(liang)(liang)(liang)型儲能技術,可將用(yong)電(dian)(dian)(dian)低(di)(di)谷多(duo)發(fa)出的電(dian)(dian)(dian)能儲存,在用(yong)電(dian)(dian)(dian)高峰(feng)釋放,實現電(dian)(dian)(dian)力系統(tong)(tong)削峰(feng)填谷,減(jian)少發(fa)電(dian)(dian)(dian)裝(zhuang)機(ji)(ji)及(ji)電(dian)(dian)(dian)網容(rong)量(liang)(liang)(liang),提升(sheng)電(dian)(dian)(dian)力系統(tong)(tong)效(xiao)率和經濟性(xing)。
可再生能源
可(ke)再(zai)(zai)(zai)生能源(yuan)(yuan)如風能、太陽能均具有間(jian)(jian)歇性、不(bu)穩定(ding)性,直接發(fa)電并網(wang)對電網(wang)沖擊(ji)很大(da),故(gu)棄(qi)風、棄(qi)光(guang)(guang)現(xian)(xian)象嚴重。壓縮空氣儲(chu)(chu)能技(ji)術(shu)可(ke)將間(jian)(jian)斷、不(bu)穩定(ding)、不(bu)可(ke)控(kong)的可(ke)再(zai)(zai)(zai)生能源(yuan)(yuan)發(fa)電儲(chu)(chu)存起來(lai),再(zai)(zai)(zai)按(an)照(zhao)需求平(ping)穩、可(ke)控(kong)的釋(shi)放,具有平(ping)滑波動、跟蹤(zong)調度輸出、調峰調頻等功能,實(shi)現(xian)(xian)可(ke)再(zai)(zai)(zai)生能源(yuan)(yuan)電力大(da)規模并網(wang),有效解決棄(qi)風、棄(qi)光(guang)(guang)問題(ti)。
分布式能源系統
分(fen)布(bu)式能(neng)源系(xi)(xi)統(tong)(tong)和微(wei)電網(wang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)是(shi)未來高(gao)效、低(di)碳、高(gao)安全性能(neng)源系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)主要發展趨(qu)勢(shi)之一(yi)。但分(fen)布(bu)式能(neng)源系(xi)(xi)統(tong)(tong)相較于(yu)大電網(wang),具有(you)(you)負荷波動(dong)(dong)大、系(xi)(xi)統(tong)(tong)調節能(neng)力差、故障率高(gao)等缺點。壓縮(suo)空氣(qi)儲(chu)能(neng)可作為(wei)負荷平衡裝置(zhi)及備用電源,有(you)(you)效解決(jue)上述(shu)問題,提高(gao)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)供電可靠性、穩定性,并(bing)可實現黑啟動(dong)(dong)及孤網(wang)運行。由(you)于(yu)壓縮(suo)空氣(qi)儲(chu)能(neng)技術過(guo)程中產生熱量,可以和制(zhi)冷(leng)(leng)、制(zhi)熱系(xi)(xi)統(tong)(tong)相結合,實現分(fen)布(bu)式能(neng)源系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)冷(leng)(leng)熱電聯產,具有(you)(you)很好的(de)(de)(de)應用前景。
電力系統調頻
壓縮空氣(qi)儲能電(dian)(dian)(dian)站(zhan)可以和(he)其(qi)他如(ru)燃(ran)氣(qi)輪機電(dian)(dian)(dian)站(zhan)、火電(dian)(dian)(dian)站(zhan)或抽水蓄能電(dian)(dian)(dian)站(zhan)一樣(yang)起到電(dian)(dian)(dian)力系(xi)統(tong)調頻的(de)作用。當壓縮空氣(qi)儲能電(dian)(dian)(dian)站(zhan)與其(qi)他儲能技(ji)術如(ru)超級(ji)電(dian)(dian)(dian)容、飛輪儲能、化(hua)學電(dian)(dian)(dian)池(chi)等(deng)相結合時(shi),調頻速度會更快更有效。
其他應用
壓縮空(kong)(kong)氣(qi)(qi)儲(chu)能在其他領域也(ye)有較廣泛的應(ying)用,可(ke)以為汽車(che)、高爾(er)夫球(qiu)車(che)等(deng)移動(dong)設(she)(she)備提(ti)供(gong)動(dong)力(li);也(ye)可(ke)以作(zuo)為不間(jian)斷電(dian)(dian)源(UPS),為數據(ju)機(ji)房(fang)、精密儀器(qi)制造(zao)、醫療設(she)(she)施、國(guo)防(fang)設(she)(she)施等(deng)關鍵部件提(ti)供(gong)保障(zhang)性電(dian)(dian)源;系統經膨脹機(ji)做功發電(dian)(dian)后釋放的空(kong)(kong)氣(qi)(qi)由于溫度低(di)且經過(guo)了凈(jing)化,還可(ke)用于空(kong)(kong)調系統為建筑提(ti)供(gong)新風和冷量。
挑戰及機遇
技術性能需要進一步提升
雖然新型(xing)壓縮(suo)空(kong)氣儲能(neng)技(ji)(ji)術(shu)發展速度較快,但各項技(ji)(ji)術(shu)性能(neng)仍(reng)需進(jin)一步(bu)提升,尚不能(neng)完全(quan)滿足(zu)大規模推廣的(de)要求。目前,新型(xing)壓縮(suo)空(kong)氣儲能(neng)最高效率為(wei)60%左(zuo)右,距離高效電(dian)池儲能(neng)技(ji)(ji)術(shu)的(de)效率(80%以(yi)上)還有一定(ding)差距;其系(xi)統(tong)最大規模為(wei)10MW,尚未達到傳統(tong)壓縮(suo)空(kong)氣儲能(neng)百兆瓦規模;其系(xi)統(tong)單位成本約為(wei)6000~10000元/kW暨(ji)1500~2500元/kWh,仍(reng)有足(zu)夠(gou)的(de)下降空(kong)間。
迫切需要開展大規模系統的技術攻關
大規(gui)模化是(shi)壓縮(suo)空氣儲(chu)能(neng)(neng)技術(shu)的(de)(de)發展趨勢(shi),也(ye)是(shi)其(qi)降低成本和提升性能(neng)(neng)的(de)(de)主要(yao)途徑。現(xian)已實現(xian)應(ying)用的(de)(de)新型壓縮(suo)空氣儲(chu)能(neng)(neng)技術(shu)規(gui)模偏小(1-10MW),還不能(neng)(neng)滿足(zu)對儲(chu)能(neng)(neng)規(gui)模和經濟性的(de)(de)要(yao)求。因此,迫切(qie)需要(yao)啟動(dong)更大規(gui)模(100MW級(ji))的(de)(de)新型壓縮(suo)空氣儲(chu)能(neng)(neng)技術(shu)研(yan)發。
研發力量尚顯不足
由(you)于壓縮空氣儲能技(ji)術是(shi)一(yi)個多學科(ke)交叉的(de)(de)(de)系(xi)統工(gong)程且單臺機組規(gui)模大(da),其(qi)技(ji)術研發(fa)門(men)檻較(jiao)高,需(xu)(xu)要組建(jian)大(da)規(gui)模的(de)(de)(de)研發(fa)團隊和大(da)量的(de)(de)(de)資金投入,故(gu)目(mu)(mu)前從事該(gai)技(ji)術研發(fa)的(de)(de)(de)機構、團隊相對(dui)較(jiao)少;由(you)于系(xi)統內部件繁多,需(xu)(xu)要建(jian)設大(da)量的(de)(de)(de)部件及系(xi)統實驗平臺以完成關(guan)鍵技(ji)術攻關(guan),目(mu)(mu)前全球范(fan)圍已建(jian)成的(de)(de)(de)高水(shui)平研發(fa)平臺較(jiao)少,未給予足夠的(de)(de)(de)研發(fa)條件支撐(cheng)。
示范和應用亟需加強
新型壓縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能(neng)技術(shu)的(de)示范(fan)系(xi)統(tong)數(shu)量少(shao),規模(mo)小(xiao),不能(neng)滿足技術(shu)發展的(de)示范(fan)需求,迫(po)切需要各國(guo)政府、企業(ye)加(jia)強政策引導、加(jia)大(da)資金支持。目(mu)前(qian)大(da)部(bu)分國(guo)家(jia)尚未形成系(xi)統(tong)的(de)電(dian)價補償和激(ji)勵政策,全球商(shang)業(ye)運行的(de)電(dian)站(zhan)較少(shao),一定程度上(shang)影響了壓縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能(neng)技術(shu)的(de)推廣和應(ying)用。
隨著各國電價(jia)政(zheng)(zheng)策的逐漸完善,大(da)規模(mo)壓縮(suo)空氣(qi)儲能示范項目(mu)的陸續(xu)建成,壓縮(suo)空氣(qi)儲能產(chan)業已(yi)經(jing)進入(ru)了發(fa)展(zhan)的快車道。相(xiang)信(xin)在(zai)良好(hao)的政(zheng)(zheng)策環(huan)境下(xia),在(zai)產(chan)業鏈上下(xia)游的大(da)力支持下(xia),在(zai)科研(yan)機構持續(xu)不斷的技術(shu)革新下(xia),壓縮(suo)空氣(qi)儲能技術(shu)一定會持續(xu)健康發(fa)展(zhan),快速實現大(da)規模(mo)應(ying)用。
(該文研究獲得(de)了國(guo)(guo)家重點研發計(ji)(ji)劃(hua)(2017YFB0903602)、國(guo)(guo)家自然科學(xue)(xue)基金(51676181)、中國(guo)(guo)科學(xue)(xue)院前(qian)沿科學(xue)(xue)重點研究項(xiang)目(QYZDB-SSW-JSC023)、北京市(shi)科技計(ji)(ji)劃(hua)項(xiang)目(D161100004616001;D161100004616002)的資助。)