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國(guó)際電力儲(chǔ)能技術(shù)分析（二）——壓縮空氣儲(chǔ)能

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傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。其工作原理是，在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲(chǔ)氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái)。

詳細(xì)介紹

（一）技術(shù)原理
傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。其工作原理是，在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲(chǔ)氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái)；在用電高峰，高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒，然后驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能容量較大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、效率高和投資相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)不是一項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)，它必須同燃?xì)廨啓C(jī)電站配套使用，不能適合其他類型電站，特別不適合我國(guó)以燃煤發(fā)電為主，不提倡燃?xì)馊加桶l(fā)電的能源戰(zhàn)略。而且，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，面臨化石燃料價(jià)格上漲和污染物控制的限制。此外，同抽水蓄能電站類似，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)也需要特殊的地理?xiàng)l件建造大型儲(chǔ)氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等。

（二）關(guān)鍵技術(shù)
壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括高效壓縮機(jī)技術(shù)、膨脹機(jī)技術(shù)、燃燒室技術(shù)、儲(chǔ)熱技術(shù)、儲(chǔ)氣技術(shù)和系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等。壓縮機(jī)和膨脹機(jī)是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)核心部件，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能具有決定性影響。盡管壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與燃?xì)廨啓C(jī)類似，但壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的空氣壓力比燃?xì)廨啓C(jī)高得多。因此，大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站的壓縮機(jī)常采用軸流與離心壓縮機(jī)組成多級(jí)壓縮、級(jí)間和級(jí)后冷卻的結(jié)構(gòu)形式；膨脹機(jī)常采用多級(jí)膨脹加中間再熱的結(jié)構(gòu)形式。相對(duì)于常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的高壓燃燒室的壓力較大。因此，燃燒過(guò)程中如果溫度較高，可能產(chǎn)生較多的污染物，因而高壓燃燒室的溫度一般控制在500oC以下。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)要求的壓縮空氣容量大，通常儲(chǔ)氣于地下鹽礦、硬石巖洞或者多孔巖洞，對(duì)于微小型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，可采用地上高壓儲(chǔ)氣容器以擺脫對(duì)儲(chǔ)氣洞穴的依賴等。

（三）應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，世界上已有兩座大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站投入商業(yè)運(yùn)行。座是1978年投入商業(yè)運(yùn)行的德國(guó)Huntorf電站，目前仍在運(yùn)行中。機(jī)組的壓縮機(jī)功率60MW，釋能輸出功率為290MW，系統(tǒng)將壓縮空氣存儲(chǔ)在地下600米的廢棄礦洞中，礦洞總?cè)莘e達(dá)3.1×105 m3，壓縮空氣的壓力可達(dá)100bar。機(jī)組可連續(xù)充氣8小時(shí)，連續(xù)發(fā)電2小時(shí)。該電站在1979年至1991年期間共啟動(dòng)并網(wǎng)5000多次，平均啟動(dòng)性97.6%。第二座是于1991年投入商業(yè)運(yùn)行的美國(guó)Alabama州的McIntosh壓縮空氣儲(chǔ)能電站。其地下儲(chǔ)氣洞穴在地下450米，總?cè)莘e為5.6×105m3，壓縮空氣儲(chǔ)氣壓力為7.5MPa。該儲(chǔ)能電站壓縮機(jī)組功率為50MW，發(fā)電功率為110MW，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)41小時(shí)空氣壓縮和26小時(shí)發(fā)電。該電站由Alabama州電力公司的能源控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制。
美國(guó)Ohio州Norton從2001年起開(kāi)始建一座2700MW的大型壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)電站，該電站由9臺(tái)300MW機(jī)組組成。壓縮空氣存儲(chǔ)于地下670米的地下巖鹽層洞穴內(nèi)，儲(chǔ)氣洞穴容積為9.57×106m3。日本于2001年投入運(yùn)行的上砂川盯壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，位于北海道空知郡，輸出功率為2MW，是日本開(kāi)發(fā)400MW機(jī)組的工業(yè)試驗(yàn)用中間機(jī)組。它利用廢棄的煤礦坑（約在地下450m處）作為儲(chǔ)氣洞穴，壓力為8MPa。瑞士ABB公司（現(xiàn)已并入阿爾斯通公司）正在開(kāi)發(fā)聯(lián)合循環(huán)壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)。目前除德、美、日、瑞士外，俄、法、意、盧森堡、南非、以色列和韓國(guó)等也在積極開(kāi)發(fā)壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
我國(guó)對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)開(kāi)始比較晚，但隨著電力儲(chǔ)能需求的快速增加，相關(guān)研究逐漸被一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)所重視。中科院工程熱物理研究所、華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等單位對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能電站的熱力性能、經(jīng)濟(jì)性能、商業(yè)應(yīng)用等進(jìn)行了研究，但大多集中在理論和小型實(shí)驗(yàn)層面，目前還沒(méi)有投入商業(yè)運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。我公司正在建設(shè)1.5MW壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng)。

（四）發(fā)展趨勢(shì)
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)包括帶儲(chǔ)熱的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、液態(tài)空氣儲(chǔ)能、超臨界空氣儲(chǔ)能技術(shù)、與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、與可再生能源的耦合的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)等。