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压缩空气储能在电力系统的应用前景(一)

2016-06-16 10:41来源:电力系统自动化作者:梅生伟 陈来军 薛小代关键词:储能压缩空气储能储能技术收藏点赞

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1大规模储能的重要意义

众所周知,能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。随着全球能源生产和消费的持续增长,化石能源日益枯竭,能源危机已成为世界范围内面临的共同难题,对人类的生存和发展构成了严重威胁。面对上述挑战,各国都在积极研究和发展新能源技术,特别是太阳能、风能等可再生能源,以期用清洁能源全面取代化石能源,最终建立安全、经济、清洁的现代能源供应体系。

由于风电、光伏等新能源发电具有波动性、不确定性,其大规模并网将对电网的安全和稳定运行带来诸多挑战,而储能装置具有对功率和能量的时间迁移能力,可以有效解决大规模风电、光伏等新能源发电并网问题;同时,通过大规模储能技术可以实现电网的“削峰填谷”,增强电网运行的经济性。美国能源部前部长、诺贝尔物理学奖获得者朱棣文指出:将储能技术与太阳能技术相结合,其在配电和发电领域的影响或可与当年互联网所造成的颠覆性冲击相媲美。由此可见储能技术对于未来电力和能源系统的重要意义。

压缩空气储能(compressedairenergystorage,CAES)对地理条件无特殊要求,建造成本和响应速度与抽水蓄能电站相当,使用寿命长,储能容量大,是一种具有推广应用前景的大规模储能技术。国外已有两座大型CAES电站分别在美国和德国(如图1所示)投入商业运行,多座电站正在建设之中。此外,多家研究机构及公司开展了该方面的研究,提出了许多创新性的CAES系统技术方案。

2压缩空气储能基本原理

压缩空气储能系统可利用低谷电、弃风电、弃光电等对空气进行压缩,并将高压空气密封在地下盐穴、地下矿洞、过期油气井或新建储气室中,在电网负荷高峰期释放压缩空气推动透平机(气轮机、涡轮机等)发电。按照运行原理,压缩空气储能系统可以分为补燃式和非补燃式两类。

补燃式CAES需要借助燃料的补燃,以实现系统的循环运行,系统流程如图2(a)所示。储能时,电机驱动压缩机将空气压缩至高压并存储在储气室中;释能时,储气室中的高压空气进入燃气轮机,在燃烧室中与燃料混合燃烧,驱动燃气轮机做功,从而带动发电机对外输出电能。补燃式CAES由于采用燃料补燃,存在污染排放问题,同时存在对天然气等燃料的依赖。非补燃式CAES基于常规的补燃式CAES发展而来,通过采用回热技术,将储能时压缩过程中所产生的压缩热收集并存储,待系统释能时加热进入透平的高压空气,系统流程如图2(b)所示。非补燃式CAES不仅消除了对燃料的依赖,实现了有害气体零排放,同时还可以利用压缩热和透平的低温排气对外供暖和供冷,进而实现冷热电三联供,实现了能量的综合利用,系统综合效率较高。鉴于非补燃式CAES在环保、能量综合利用等方面的优势,目前已成为CAES的主流研究方向。

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