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时间:2017-07-14 15:13来源:www.denaircompressor.com 作者:168彩票空压机
压缩空气储能技术(简称效:压空)捌。压缩空气储能属于物理储能方式的一种韶熔,它与抽水蓄能齐名蔡备,无论是存储时间赖辉危、放电功率曹雷顿、还是运行寿命椒掸,都有着卓越的表现憋幌,但它同样有着自身的缺点鹃摩,比如系统复杂敖疚,比如受地域影响等酸居。

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一常韦、压缩空气原理

压缩空气的基本原理很简单飘浚奉,在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气缄恫承,将空气高压密封在报废矿井蓄就微、储气罐丁、山洞托肺蹬、过期油气井或新建储气井中题,在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式干害棋,原理如图1所示坑锭。若需要更近一步解释萌统孤,你只需锁定储气罐内的空气即可竣沛七,两个动作氰尖腊,充气时储存能量藕年轮,膨胀时释放能量涵。

压缩空气基本原理

 

然而篮,如果在此处宣布已经掌握了压空技术蟹惩奋,还为时过早福鲤醒。要知道回铅吹,原理不能解决任何问题班局,需要在原“见我,为什么1“喂,吴俊泰1理的基础上添砖加瓦篡,优化利用闺地,才能达到合理的应用标准故胖。于是浆烘两,压空的各种变异横空出世淮涵,为了便于理解逢胖,要从温度首脾句、压力握瘸订、容积等方面着手篱涧矢,一步步深入介绍弓剔显。

1.温度

先强调一点瘁材:温度是一种能量涡厘。对于压缩机而言铰超讨,压缩过程温度越低壳贯,耗费电能越少;与之相反隋,对于膨胀机而言孰,膨胀起始点温度越高熄惹歌,膨胀过程中得到的有用功越多提旗令。所以磕删,降低压缩温度邻,或者提高膨胀进气温度串同,是提高系统效率的一种重要而有效的手段懒徽。请看图2变异1甭,在空压机的出口增加了冷却器竿谋,以回收压缩热愁迟,在膨胀机(或涡轮机)的入口增加回热器谢脑请,以提高进气温度甩据。回热器的热量可由冷却器供给吭刺,如果必要撼控,涡轮机的出口废弃也可以进一步回收但损,这取决于废弃的温度品味瀑脆。该系统叫称为回热式系统郊问。

温度

 

相较于原理型系统材菲肛,回热系统储电效率有所增加居灵,然而它的不足在于巾唬,冷却器和回热器分开设置挽,在热量回收过程中存在较大热损失闺委含。为解决这一问题霜,有人提出绝热压缩空气系统邪,如图3变异2蹈。将压缩过程中产生的热量存储起来粪妙,然后在发电过程中用这部分热量预热压缩空气兢叔夺,冷却器和回热器合为一体斑控葱,对外进行绝热处理洼菜,业内称作先进绝热压缩空气储能系统(AA-CAES)秽尺柿,该系统面临的更大挑战是如何经济抢渴、有效地设计和制造出压力工作范围大的压缩机锯、涡轮机和除热器荣劝新。

一切比较完美魔钾何,但还忽略了一点壤舞馅,即使回收利用惕聪艰,压缩过程中产生的热量不足以使涡轮机持续长时间稳定运行凤喉杯,换句话说燃芯匣,只靠自身的热回收很难保持系统抵抗外部负荷波动懈。热量不够怎么办?引进额外热源缎棵很,天然气迹俱天,将天然气与来自储气罐的高压空气混合燃烧党篓,推进涡轮机旋转发电髓琶虱。

变异

 

请看图4变异3冕瓦。对比以上系统腹,它的可靠性最高羞,稳定性最强必,灵活性最优得,所以在德国1978年建造首套压空储能电站时圈钳活,果断采用这种方案茅。然而琶蠢,变异3的引发的问题在于氯伦:消耗化石能源抬旁,增加温室气体排放咀。于是在国内做压空系统的高校研究所想方设法消除对外在热源的利用獭库傲,比如清华大学的卢强院士痪谐赤,推非补燃压空系统亥。此处必须加句评论耍衡,难度都很大嘘铣匪,不用补燃擂,系统复杂程度会提高谭勺嫩,可靠性也会有波动愧,平衡各个功能单元访怠姥,是一件技术含量很高的工作彼醚骏。

2.压力

谈到这里蓟阮姜,如果你站起来宣布掌握了压空技术户,那么小德告诉你又早了颊陇。除了温度之外鹤袒碘,还有一个参数没有讲恕,压力!与温度相比脸氦,压力的影响更加多元矫萄回。压缩阶段显,压力越高刑,同等温度下空气密度越大浆恼,同等体积的储罐储存的空气量更多扳帮边,储能密度更高;膨胀阶段仓唇,初始入口压力越高扯妙,出口压力越低半,有用功输出越高佛文卵。

现在的问题来了哄提,能不能只使用一台空压机鼎,比如从1个大气压直接压缩到100个atm?膨胀过程从40个atm膨胀到1atm?我可以负责任的告诉你别倡,理论上可以说配览,但如果你真敢这么做亥麻,保证系统电-电转换效率会低的让你下不来台!如何解决这一问题?热力学给出的指引是多级压缩姐鞘快,中间冷却饺厦,可显著降低压缩过程中的电力消耗;多级膨胀歇卞,中间加热德筐漂,可显著增加膨胀过程中的发电量甲方:苏岩被打够他才回到店中。湘炊粮,综合起来寝柏刺,储电效率必然显著提高鞋逞梁。

非补燃多级压缩系统图

 

图5为非补燃多级压缩系统图涪饺,可以看出势渡瞥,在每台空压机后加装热回收器叮暴毒,通过回热系统将就是因为爱情。后网恋时代的私语热量传递到各级膨胀机的入口处穿。

图6

 

当系统采用绝热压缩时革,综合多级压缩和多级膨胀碾南劣,组成的系统如图6所示魂。

绝热压缩

 

采用燃气补热的系统绅,多级压缩阶段与非补燃一致李牡,不B.销售土地附着物赛明军笑着点头:同的是在各级膨胀机入口加装燃烧室喀蹲掳,详见图7蹋薯彻。

3.容积

容积

 

压空系统的技术痛点在于气体的密度太低览铃,常压下空气密度为1.25kg/m3氮漏,即使在10MPa高压下密度也只有100kg/m3左右侥管酱,相比水的1000kg/m3窃谴俄,差了足足十倍洗,这意味在相同储存质量下湍臀,空气的罐子要比水大十倍维斧耍。要解决大规模空气存储的方法至少有3个舶:

方法一箔四,就地取材裳硼,寻找废弃的矿井篮涝,进行密封承压方面的改造勘撤,然后将空气压入其中孺敬,这种方法既经济又可靠脾,而且储量惊人钨鸡,比如德国的Huntorf压空电站可储存30万立方的空气翱,但是贝骸窟,这种方式受制于地形限制沛,灵活性差其,比如想在南京建一座压空电站兢孰究,即使金坛的溶洞再优越划恫榔,也用不上项疏鹊。

方法二杜,高压储气罐稀,该方式操作灵活脖洁枪,完全不受地域地形限制络磕海,比如中科院在廊坊的示范项目拘腊,采用2个直径2.4m辨呜宦,长10m的储罐恋花会,每个储存45m3的高压空气顿棉焕,储罐压力10MPa勺,储罐设备属于特种设备范畴啪,无论从制造写恰,安装还是运行纠,都要经过严格的检查廖,成本相对较高害。

方法三脱绊芥,空气液化嚎瞪冯。为了进一步减小储罐体积憋驴扩,有专家想到了改变形态斑揪净,将气体液化忱,密度将增加上百倍特嗽,于是体积减少上百倍疵撼题,通过设计赂,使膨胀机出口的空气温度低于78.6K(-196.5℃)时膊点长,空气被液化皋疥,系统流程见图8栋劲茄,这种系统的特点是体积泻鼻浴,管路复杂扔却骡,效率低先琶瞪。

4.冷热电三联供

冷热电三联供

 

在储能领域甸,压空算是个另类碴户,不能用传统的评价标准衡量它库,比如只追求电-电存储效率骑,压空肯定毫无优势卢沛,非补燃机组能达到40%已算很不错了宛。但它在发电的同时梢构慕,还能兼顾供冷和供热圭,俗称冷热电三联供惊溺绘,其实原理没有任何改变饶郸,只是将压缩过程产生的热量用于供热牡,膨胀机出口的低温空气用于制冷娄被搅,膨胀产生的有用功用于发电拟,详见图9舒揣弯。冷热电三联供的特点是能源利用效率高辖施,若以热能利用为基础测算篱览,系统效率可达70-85%废。

二借、系统特点

系统特点

 

在储能家族中行时,压空和抽水蓄能属于一个阵营前人,即是一种可有欲和尚:比如说?陈立夫夫妇摄于1948年以大功率贰,长时运行的物理储能技术躲,各种技术对比见图10(CAES)性,技术特点如下感:

(1)输出功率大(MW级)楼涡骋,持续时间长(数小时);

(2)单位建设成本低于抽水蓄能挺,具有较好的经济性;

(3)运行寿命长苇舵,可循环上万次七虱,寿命可达40年;

(4)环境友好签称捞,零排放葱瘸。

三驮、系统结构

系统结构

 

一套完整的压空系统五大关键设备组成磊顽戚:由空压机邻、储气罐宏纫低、回热器幻、膨胀机以及发电机姆,结构详情如图11貉馆习。

1.空压机

空压机

 

空压机是一种提升气体压力的设备通款,如图12抛。空压机的种类和压缩方式各不相同捐硕,但设计者会更关心它的进出口压力参数翠晨,表征为四个参数舜擦焊,一是工作压力区间屎乘,二是压缩比戮旦,即进出口压力比值盯抄捣,三是进出口温度或绝热效率凛舌歧,四是压缩功率与流量灵。清华大学卢强院士的500kW压空系统中所用其中一台空压机机参数为篱卢兑:进气压力1atm敲烫,25℃欢,排气压力3.5atm阂,143℃诬,压缩比3.5尼,轴功率76.7kW宽输跺。

2.储气罐

储气罐是高压空气的出厂场所南欢,说白了就是一个岩洞或者一个罐子尉寂。这里还是要强调蓬杰,温度是一种能量示腑凄,60℃和20℃条件下歇锨汕,空气的能量大不一样被屯凭,所以有必要对储罐进行保温处理既鬼,尽量维持罐内温度一致亢桶,减小对流损失廉灸屏。尺寸与耐压等级等制造问题闯双椭,需交给工厂处理陇拒涟。

3.回热器

回热器是热交换器的统称惦,包括预热器铃恍炒,冷却器练,换热器等等桃拘返,回热器的功能是通过温差传热回收热量稠,达到节能效果射。

4.膨胀机

膨胀剂

 

膨胀机的英文名字叫“turbine”氏诵巷,又叫透平够德,也有叫涡轮机的需埃,它的功能是通过膨胀轨分,将空气的内能转化为动能坡,推动与之相连的发电机抚,又将动能转化为电能扇捅汉,见图13申裙暑。标定膨胀机的参数有进出口压力与温度桃,膨胀系数等廉。

5.发电机

发电机是一种发电设备郴谩镣,将各种形式的能量转化成电能幌嗣化,此处略过恒笛。

四晚、压空系统应用领域

(1)调“是的!工洲1陆沙沙!峰与调频澄。大规模压空系统最重要的应用就是调峰和调频评讹盟,调峰的压空电站分为两类芥毙,独立电站以及与电站匹配的压空系统闪骏何。

(2)可再生能源消纳踞。压空系统可将间断的可再生能源储存起来冗未,在用电高峰期释放哗诺催,可显著提高可再生能源的利用率危们。

(3)分布式能源使。大电网和分布式能源系统结合是未来高效匪、低碳岭翅、安全利用能源的必然趋势起。由于压空具备冷热电联供的优点蒂秃拭,在分布式系统中将会有很好的应用孰。

五霉、性能评价指标

性能评价指标

 

为了更清楚表达工作过程的能量传递摧共村,小德借用了哈佛大学Azziz教授论文中的一张图锣庆,见图14犯牡偿。其中W为电功童,Q为热量摹勾涩,箭头向内代表进入系统胖贬洛,向外表示系统输出獭,流程箭头代表空气流向想翱。一目了然萄逆,比如压缩机工作消耗的电能来自于电网副,膨胀时向电网输出电能境淬,都能直观看到道蚂喜,并且判断陇:系统用电越小越好醋灸档,回收的热量越多越好杀愤,向外输出的电能越大越好忻。

在我看来巨,表征系统性能的参数主要有两个姬,一个是电能存储效率沸蕊,另一个是系统能量效率挟。电能存储效率是电能输出与输入的比值础菜崩,这对电网运营至关重要;系统能量效率是输出的电能+热能与输入之比猛搽,表征整个系统的总效率盛犀夸,这对压空系统至关重要腔勺。

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作者:168彩票@168彩票空压机  空压机修订日期杀:2017-07-14
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