先進壓縮空氣儲能技術.pdf

1、清華大學匯報提綱研究背景與研究內容研究背景與研究內容12345工程實踐總體思路關鍵技術研究背景應用前景2/27 我國能源電力現狀與挑戰1.研究背景 可再生能源消納 近年來，我國新能源發展迅速，但由于風、光出力的波動性，導致棄風、棄光 電網峰谷差調節 隨著新能源占比的擴大和用電負荷的攀升，電網峰谷差不斷加大，部分電網峰谷差已達30%，電網調節能力嚴重不足有序的電能“儲-釋”，有助于移峰填谷、平抑波動先進的儲能技術是解決棄風棄光、實現削峰填谷最有效最經濟的手段之一3/27新型儲能技術的政策鼓勵和引導1.研究背景可再生能源“十二五”規劃（2012年8月國家能源局）著力突破節能、低碳、儲能、智能等關鍵

2、技術，加快科技創新能力建設關于促進儲能產業與技術發展的指導意見（2017年10月五部委）針對不同應用場景和需求，開發分別適用于長時間大容量、短時間大容量、分布式以及高功率等模式應用的儲能技術裝備，重點包括壓縮空氣儲能等“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要（2021年3月兩會）在氫能與儲能等前沿科技和產業變革領域組織實施未來產業孵化與加速計劃，提出實施電化學儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等儲能示范項目關于加快推動新型儲能發展的指導意見（2021年7月發改委/能源局）2025年實現新型儲能從商業化初期向規?；l展轉變，裝機規模達3000萬千瓦以上關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知（

3、2022年6月發改委/能源局）從明確身份、電價、交易及調度機制等方面對新型儲能參與電力市場與調度運營做出規定4/27 壓縮空氣儲能發展歷史及主要技術路線1.研究背景5/27 補燃式壓縮空氣儲能1.研究背景利用天然氣補燃加熱壓縮空氣，進而驅動燃氣輪機發電，效率低，排放高上世紀世界上兩座商業運行的電站(德國Huntorf電站和美國McIntosh電站)均為補燃式6/27 補燃式壓縮空氣儲能1.研究背景儲氣方式：地下鹽穴裝機容量：290MW儲氣體積：31萬m31978年至今共運行超過40年 充氣時間：8小時 發電時長：2小時 系統效率：42%（含天然氣補燃）19%（去除天然氣補燃）每次發電消耗天然氣

4、：10萬立方米 德國：1978年，建成了世界上第一個商業性的壓縮空氣儲能電站Huntorf7/27 補燃式壓縮空氣儲能1.研究背景 儲氣方式：地下鹽穴 儲氣體積：50萬m3 發電容量：110MW 1991年至今，運行超過30年 壓縮時間：41小時 發電時間：26小時 系統效率：55%（含天然氣補燃）20%（去除天然氣補燃）每次發電消耗天然氣：35萬立方米 美國：1991年，建成了世界上第二個商業性的壓縮空氣儲能電站McIntosh8/27 絕熱壓縮空氣儲能1.研究背景工作原理：將空氣壓縮過程產生的熱量存儲起來，釋能過程中用于加熱壓縮空氣，驅動透平膨脹機發電；主要由壓縮子系統、高壓儲氣子系統、蓄

5、熱回熱子系統以及透平發電子系統等組成根據儲熱溫度的不同，絕熱壓縮空氣儲能又可分為高溫（400）、中溫（200400）、低溫（200）等不同的技術路線9/27 絕熱壓縮空氣儲能德國ADELE電站(高溫蓄熱路線)1.研究背景利用絕熱壓縮，將空氣壓縮至高溫高壓，回收利用高溫壓縮熱設計儲能容量：360MWh設計輸出功率：90MW系統理論效率：70%高溫壓縮、高溫儲熱，技術難度大10/27 絕熱壓縮空氣儲能中科院工熱所（低溫絕熱路線）1.研究背景貴州畢節10MW壓縮空氣儲能(管線鋼儲氣)山東肥城10MW壓縮空氣儲能（鹽穴儲氣）張北100MW壓縮空氣儲能（管線鋼+地下儲氣）采用中科院工熱所壓縮空氣儲能技術

6、多級壓縮、多級膨脹，低溫絕熱壓縮空氣儲能采用水作為儲熱工質，儲熱溫度120150 11/27 等溫壓縮空氣儲能1.研究背景工作原理：壓縮過程中實時分離壓縮熱能和壓力勢能，使壓縮空氣不發生較大的溫升；在膨脹過程中，實時將存儲的壓縮熱能回饋給壓縮空氣，使壓縮空氣不發生較大的溫降技術特點：結構簡單、運行參數低，但其裝機功率較小，儲能效率較低，難以實現代表項目：美國SustainX和General Compression兩家公司分別提出并搭建了1.5 MW和2 MW的試驗示范系統，但并未公布實際運行試驗結果12/27 深冷液化空氣儲能1.研究背景工作原理在絕熱壓縮空氣儲能基礎上引入蓄冷裝置，將高壓空氣

7、液化后以常壓形式進行儲存儲能時，電能將空氣壓縮、冷卻并液化，同時存儲該過程中釋放的熱能；釋能時，液態空氣被加壓、氣化、加熱后膨脹做功，同時存儲該過程的冷能，用于下一個循環儲能時空氣冷卻技術特點不依賴于地形條件限制儲能密度高，是高壓儲氣的15倍左右；存儲壓力低（0.20.5 MPa）蓄冷系統復雜，造價高、效率較低13/27 深冷液化空氣儲能1.研究背景容量：2.45 MWh，功率等級：350 kW采用石子填充床作為蓄冷器低溫蓄冷技術難度大，系統效率較低Highview&伯明翰大學Pilot PlantPilsworth Grid Scale Demonstrator Plant設計容量：5MW/

8、15MWh設計理論效率55%位于曼徹斯特Pilsworth垃圾填埋場，發電過程中利用垃圾燃燒余熱加熱空氣透平進氣14/27匯報提綱研究背景與研究內容研究背景與研究內容12345工程實踐總體思路關鍵技術研究背景應用前景15/272.總體思路 非補燃壓縮空氣儲能（絕熱壓縮空氣儲能）2011年，提出了基于壓縮熱回饋的非補燃式壓縮空氣儲能技術，并先后進行了低溫蓄熱和中溫蓄熱技術路線的試驗驗證16/27匯報提綱研究背景與研究內容研究背景與研究內容12345工程實踐總體思路關鍵技術研究背景應用前景17/273.關鍵技術 技術創新面向儲面向儲-網網協同的壓協同的壓縮空氣儲縮空氣儲能系統運能系統運行與調控行與

9、調控18/27匯報提綱研究背景與研究內容研究背景與研究內容12345工程實踐總體思路關鍵技術研究背景應用前景19/274.工程實踐通過技術創新提升系統效率安徽蕪湖500kWCAES工業試驗電站青海西寧100kWCAES試驗電站江蘇金壇60MWCAES商業電站國家示范項目內蒙古、江蘇、青海、山西、湖南等地座40%（2014年）51%（2016年）61.2%（2022年）在建規劃20/27 國內外首座實現并網發電的500kW非補燃示范電站 電-電效率當時國際領先（已發電運行的非補燃CAES電站）4.1 安徽蕪湖500kW非補燃壓縮空氣儲能工業試驗電站(第1代)21/274.2 青海西寧100kW非

10、補燃壓縮空氣儲能試驗電站(第2代)22/274.3 江蘇金壇60MW鹽穴壓縮空氣儲能商業電站(第3代)2017年5月獲批國家能源局示范項目，2018年12月舉行開工儀式，進入工程實施階段 一期建設60MW/300MWh，二期將建設百萬千瓦壓縮空氣儲能電站群，打造大規模清潔物理儲能基地電動機電動機發電機發電機換熱器換熱器換熱器換熱器蓄熱系統蓄熱系統常溫儲熱罐常溫儲熱罐地下鹽層地下鹽層穩定巖層穩定巖層地下地下800800-10001000米米儲氣空間儲氣空間：2727萬立方米萬立方米工作壓力工作壓力：8 8.4 4-9 9MPaMPa儲氣量大儲氣量大：單個鹽穴可達百萬立方米單個鹽穴可達百萬立方米密

11、封性好密封性好：鹽層具有自修復功能鹽層具有自修復功能資源豐富資源豐富：我國鹽穴資源豐富我國鹽穴資源豐富，分布廣泛分布廣泛性能穩定性能穩定：鹽層地質穩定鹽層地質穩定，使用壽命長使用壽命長技術成熟技術成熟：中石油中石油、中石化儲存天然氣中石化儲存天然氣，儲氣壓力儲氣壓力1616.8 8MPaMPa儲網協同儲網協同控制與調度控制與調度多級多級離心壓縮機離心壓縮機組合組合透平膨脹機透平膨脹機棄風棄風、棄光棄光及低谷電及低谷電高峰電高峰電高溫儲熱罐高溫儲熱罐高壓空氣高壓空氣巖穴儲氣庫巖穴儲氣庫 項目信息23/274.3 江蘇金壇60MW鹽穴壓縮空氣儲能商業電站(第3代)壓縮機系統透平發電系統換熱系統儲熱

12、系統集控室綜合水系統 電站布局24/27匯報提綱研究背景與研究內容研究背景與研究內容12345工程實踐總體思路關鍵技術研究背景應用前景25/275.應用前景 電網側：壓縮空氣儲能具備調峰、調頻、調相、旋轉備用和黑啟動等眾多功能，可有效提高電網運行安全性和經濟性 電源側：壓縮空氣儲能可與光伏、風電相結合，構成風儲或光伏一體化系統，提升新能源發電消納率 負荷側：壓縮空氣儲能可充分利用其冷熱電聯儲聯供特性，提高能源綜合利用效率電網側應用電源側應用負荷側應用 應用前景26/27感謝各位專家敬請批評指正青海西寧100kWCAES試驗電站安徽蕪湖500kWCAES工業試驗電站江蘇常州60MWCAES國家試驗示范電站內蒙烏蘭察布10+120MW風電消納CAES示范電站