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以前发电用煤,现在发电用空气,压缩空气储能技术我国已经超过了欧美

以前发电用煤,现在发电用空气。压缩空气储能技术我国已经超过了欧美,非补燃压缩空气储能发电技术为我国独创。美国和德国解决不了的问题,我们解决了。把空气压到地下800米的盐穴,高达200个大气压,压缩空气储能效率为62%,吸入100度电,能输出62度电。看似赔本的买卖,但起到电力削峰填谷的重要作用。

电力系统包括:发电原料、发电、输电、配电、用电5大环节,但没有储能环节。其实和我们想象不同的是,发电站的发电量是随时调整的。比如在冬季深夜需求电量不高的时候,就少发一些电。而到了夏季用电高峰期,就是多台发电机并网多发一些。如果大量剩余的电能存在“巨型充电宝”就好了。

电不像土豆那样方便储存,所以就有了储能这个概念,说白了就是把电存起来。晚上电量需求降低,尤其是在凌晨12:00-5:00之间,电站会减少发电量,但总会多出一些电量,便会用大型水泵,把水抽到一定的高度,然后等到用电高峰期时,利用高处的水流冲击发电机发电,这就是抽水蓄能。

除了抽水蓄能外还有超导电磁蓄能、飞轮蓄能、电池蓄能、燃料电池蓄能等。比较成熟的是抽水蓄能,但需要丰富的水资源,没有河流湖泊啥的就别想了。电池储能转换速度快,但相关设备的寿命很短,并会造成环境污染。飞轮蓄能能量密度不高、自放电率高,如果停止充电,能量在一段时间内就会自行耗尽。

压缩空气储能的潜力巨大,就是在用电的低峰期时,用电机带动压缩机,把空气储存起来,在用电高峰期时,利用燃气涡轮机释放压缩空气释放电力。缺点是在压缩空气时,一部分能量以热能的方式消失,在膨胀做工前还要重新加热。所以就需要用天然气加热空气,导致蓄能效率降低。但是我国独辟蹊径解决了这个难题。

当温度和压力升高时,空气做功能力会增大。当压力是100倍大气压的常温条件下,1立方米空气发电12.9度。当压力为200倍大气压时,1立方米空气能发电28.3度。当空气加热到300度时能放电54.4度。所以你知道为啥要用天然气加热压缩空气了吧。

1978年德国Huntorf压缩空气电站投入运营,建在地下600米深的废弃矿洞中,总容积达3.1×105m³,压力最高10MPa,可连续充气8小时,释能输出功率为290MW,连续发电2小时。但是得燃烧天然气补燃,运行效率为42%,扣除补燃后的实际效率为19%。

1991年美国建了世界上第2座压缩空气电站-McIntosh,建在地下450深的洞穴中,总容积为5.6×105m³,可连续充气41小时,连续发电26小时,采用天然气补燃,运行效率约为54%,扣除补燃后的实际效率20%,仅比德国的高了1%。

德美的压缩空气储能致命缺点:压缩空气时,部分能量会转化成热能流失,就像我们用气筒打气时会发热一个道理。当需要空气膨胀做工发电时需要天然气加热,效率比常规发电站高一些,但也不完全是清洁能源。我国虽然起步晚,但我们的工程师巧妙地解决了这个问题。

世界首个非补燃压缩空气储能电站在我国诞生,不用天然气加热空气,位于江苏省常州市金坛区盐穴压缩空气发电站,盐穴储气、储热换热、新型空气透平发电系统都是全球首创,比美德的都要厉害。绝热压缩空气储能技术,就是储能系统与外界的热交换被禁止了,压缩空气压缩时释放的热储存起来,省去了燃烧天然气的步骤,直接用于做功发电时的加热。

金坛盐穴压缩空气储能设备都是国产的,一期工程能储存电力300兆千瓦时,6万人一天的用电量能被满足,年发电量1亿千瓦时。采用了非补燃压缩空气储能发电技术,不用烧天然气,全程零排放、无污染,发电效率能够达到62%,远远高于美国的54%和德国的42%。

核心部件是空气动力透平膨胀机,起到“动力源”的作用。原理是利用高压气体,在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功时,仅消耗气体本身的内能,并不需要像以前那样燃烧天然气。压缩空气储能系统与燃气轮机是不同的,燃气轮机的压缩机和膨胀机同时工作,而压缩空气储能发电时,压缩过程和膨胀过程是分开的。

在电力过剩时,把空气压进盐穴,会产生大量的热,热量通过热交换设备存在油罐中。发电时压缩空气从地底放出来,此时不需要用天然气加热,因为压缩空气时的热量被存在油罐中,气体被油罐中的热能加热后,进入透平气轮机发电。

盐穴就是盐矿开采后留下的矿洞,体积巨大且密封良好。我国符合条件的盐穴有2000多个,正在开发的有40个,主要储存天然气和石油。盐穴压缩空气储能市场前景很好,光金坛就有地下盐穴储气库1000万立方米,可建设4000兆瓦的压缩空气储能电站。

这些盐穴在地下1000米左右,地质条件稳定,耐压程度高,高压空气打进去后不会漏气,这种技术让废弃盐田变成充电宝,而且让空气成为发电的原料,为我国加油点赞。

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