[科普中國(guó)]-空氣蓄能發(fā)電

空氣蓄能發(fā)電是指用剩余的電力把空氣壓縮貯存于密閉的洞窟里，需要時(shí)再把壓縮空氣引出，推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，以此重新獲得電力的一套裝置。剩余電力的現(xiàn)利用率約70%。

目前，美國(guó)和瑞典正在進(jìn)行此項(xiàng)研究，其概要是：先讓要貯藏的電力驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)的馬達(dá)，將壓縮空氣的貯存壓力最高不能超過(guò)十五個(gè)大氣壓。在需要用電的時(shí)候，讓壓縮空氣推動(dòng)壓縮機(jī)的馬達(dá)逆轉(zhuǎn)。這樣就變成了發(fā)電機(jī)發(fā)出發(fā)電。1

研究背景一般的空氣蓄能發(fā)電電站容量較大，機(jī)組容量在100MW以上，對(duì)于容量在100MW以下的，可以稱為小型壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，更小的則可稱為微型壓縮空氣蓄能系統(tǒng)。CAES電站是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的新型能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，在20世紀(jì)90年代開始隨著相關(guān)技術(shù)的逐步完善，以及各國(guó)對(duì)能源電力質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)的更高要求，一些國(guó)家開始重視CAES的研究工作。世界上第一個(gè)CAES電站是德國(guó)HuntdorfCAES電站，機(jī)組容量290MW，其冷態(tài)啟動(dòng)至滿負(fù)荷僅需6min，在25%負(fù)荷時(shí)的熱耗僅比滿負(fù)荷高211kJ，其排放量?jī)H是同容量燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的1/3。

美國(guó)在1991年建成了機(jī)組容量為110MW的CAES電站，在這個(gè)電站應(yīng)用了回?zé)峒夹g(shù)，因此經(jīng)濟(jì)性有很大程度的提高，以高位發(fā)熱量計(jì)算其發(fā)電熱耗僅為5565kJ/kwh，美國(guó)Ohio州從2001年起開始建一座2700MW的大型CAES商業(yè)電站，該電站由9臺(tái)300MW機(jī)組組成。

特點(diǎn)電力系統(tǒng)負(fù)荷不均衡是當(dāng)今世界重大科研課題，我國(guó)同樣也面臨這高峰、低谷負(fù)荷差別大，供電質(zhì)量受影響，調(diào)峰填谷等問(wèn)題。解決這類問(wèn)題最好的辦法是把電能存儲(chǔ)起來(lái)，對(duì)于電能的存儲(chǔ)，可以采取以下方式，如抽水蓄能電站、壓縮空氣蓄能電站、蓄電池蓄能電站、超導(dǎo)磁蓄能、飛輪蓄能、電磁蓄能等方式。其中只有抽水蓄能電站和壓縮空氣蓄能電站可以大量的存儲(chǔ)電能，而其它蓄能電站則最大功率只能到幾個(gè)MW，因此只有這兩者才可以真正起到調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷、提高供電質(zhì)量的作用。但抽水蓄能電站因?yàn)殡娬具x址、造價(jià)等問(wèn)題受到限制，而壓縮空氣蓄能(CAES)電站則沒(méi)有上述限制，可以建在城市附近，且有占地面積少，環(huán)境污染小，經(jīng)濟(jì)性能高等優(yōu)勢(shì)，因此在世界范圍內(nèi)受到了廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是新世紀(jì)非常有前景的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。2

電站組成CAES電站包括空氣壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、地下貯氣室、換熱器、燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)等常用設(shè)備，可分為蓄能子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)。

壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、貯氣室等組成的蓄能子系統(tǒng)中將電站低谷的低價(jià)電能通過(guò)壓縮空氣儲(chǔ)存在巖穴、廢棄礦井等儲(chǔ)氣室中，蓄能時(shí)通過(guò)聯(lián)軸器將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和壓縮機(jī)耦合，與燃?xì)廨啓C(jī)解耦合；電力系統(tǒng)峰荷時(shí)，利用壓縮空氣燃燒驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)、燃燒室以及加熱器等即發(fā)電子系統(tǒng)，發(fā)電時(shí)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)耦合、與壓縮機(jī)解耦合。因此蓄能子系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)于壓縮空氣蓄能發(fā)電來(lái)說(shuō)具有重要的意義。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張靜 - 副教授 - 西南大學(xué)