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【成果推介】高效等温压缩空气储能技术

所属领域:大规模电力储能

主要完成人:姜彤

(一)基本情况

液控压缩空气储能原理示意图

液控压缩空气储能稳压运行模型

新型液控压缩空气储能系统采用液体包裹气体的形式,利用液体动力设备进行气体的压缩、迁移和膨胀做功,从而实现高效率的储能。储能过程中,剩余电能驱动水泵抽水,通过液压传动机构在压缩单元中进行空气压缩,迁入地下高压存储。发电过程中,气体迁入膨胀单元,通过液压传动机构推动水轮机发电。系统设备以液体设备为主,包括水泵、水轮机、液压传动设备、化工塔等,实现了电能到液体势能、最终到空气势能的转变。设备通过不同管径的管道连接形成四大子系统:抽蓄发电子系统、液压势能转换子系统、等温压缩子系统、恒压存储子系统。

(二)技术特点

现有的储能技术类型多样,目前技术最为成熟的为抽水蓄能和电池储能,但大规模储能需求下电池储能潜存很大的安全隐患,因配备高容量电池储能的爆炸事件时有发生,且电池储能带来的环保问题不容小觑。液控压缩空气储能技术采用液体设备压缩和发电,设备整体安全性高,技术成熟度高,且电池储能成本多在1500元/kWh以上,本技术估算成本在500-800元/kWh具有更明显的成本优势。

相较于传统的压缩空气储能,液控压缩空气储能采用的等温技术可规避大幅温差换热下引起的㶲损问题,提升空气压缩热效率。技术大面积覆盖的液体设备可大幅减少气体泄漏,效率与抽水蓄能相当,可达70%-85%,且可采用地上储气或地下储气形式,提升了应用的灵活性。

(三)应用前景

液控压缩储能技术下的产品类型多样,除基本的储能产品外,可利用外源补热的方式利用卡诺循环过程实现高效太阳能热发电,逆过程实现热泵技术应用,同时具备储发一体化、冷热电联供功能,液化压缩空气实现空气分离等用途。

对于电网企业,液控压缩空气储能造价相较传统抽水蓄能减少一倍,作为抽水蓄能的替代,可灵活选址,安装于负荷侧节约输电线路成本,同时可以节约无功设备投入,可减少备用系统容量,提高供电可靠性。对于发电企业,液控压缩空气储能可以实现直供电微网运行,降低中间成本,摆脱电网束缚。同时可配合传统电场减少功率调整,配合新能源电场减少弃风弃光量,最大限度提高能源利用效率,节能减排。对于大用电企业,液控压缩空气储能可利用峰谷电价差盈利,提升供电可靠性和电能质量。实现热冷电联供,大幅度提高综合效率,降低购电成本。对于微网系统和海岛系统,液控压缩空气储能可作为供电支撑,增强微网功率控制和能量管理能力,提升海岛系统稳定性和供电可靠性。

(四)效益分析

储能主要推广瓶颈在于成本,若成本过高,势必引起弃风弃光弃负荷情况的出现。液控压缩空气储能投资成本预估在8000元/kW。以10MW电站为例,日充放电1次,日储能时长10小时,电站容量100MWh。一次投资成本在8000万元左右。在低谷电价0.3元、高峰电价1元,电站80%能效情况下,5年即可实现投资回收。若采用太阳能补热等手段可进一步提升发电量,减少投资回收期。未来集成化设计和自动化制造技术的应用会使成本快速下降,投资回收期也将大幅缩减。