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图1 传统压缩空气储能系统原理图
3新型压缩空气储能技术
为解决传统压缩空气储能的技术瓶颈问题,近年来,国内外学者开展了新型压缩空气储能技术研发工作,包括绝热压缩空气、蓄热式压缩空气储能及等温压缩空气储能(不使用燃料)、液态空气储能(不使用大型储气洞穴)、超临界压缩空气储能和先进压缩空气储能(不使用大型储气洞穴、不使用燃料)等。目前,国际上已建成兆瓦级新型压缩空气储能系统示范的机构共4家,分别是英国Highview公司(2兆瓦液态空气储能系统,2010年)、美国SustainX公司(1.5兆瓦等温压缩空气储能系统,2013年)、美国General Compression公司(2兆瓦蓄热式压缩空气储能系统,2012年)和中国科学院工程热物理研究所(1.5兆瓦超临界压缩空气储能系统,2013年和10兆瓦先进压缩空气储能系统,2016年)。其中,中国科学院工程热物理研究所于2016年建成国际首套10兆瓦先进压缩空气储能示范系统,系统效率达60.2%,是全球目前效率最高规模最大的新型压缩空气储能系统,目前中国科学院工程热物理研究所正在研发国际首套100兆瓦级先进压缩空气储能示范系统,预计2020年左右建成。
代表性新型压缩空气储能技术包括:
(一)绝热压缩空气储能系统
该系统在储能时,通过压缩机将空气压缩至高温高压状态后,利用储热系统将压缩热储存,空气降温并储存在储罐中。释能时,将高压空气释放,利用储存的压缩热使空气升温,然后推动膨胀机做功发电。该系统回收压缩热再利用,使效率得到了提高,同时去除了燃烧室,实现了零排放,但压缩过程能耗较高,由于压缩机出口的空气温度高,对设备材料要求高。
图2 绝热压缩空气储能系统原理图
(二)蓄热式压缩空气储能系统
该系统同绝热压缩空气储能系统的区别在于该系统在压缩过程级间换热及储热,绝热压缩空气储能在全部压缩过程结束后储热。相较于绝热压缩空气储能,蓄热式压缩空气储能系统的储热温度及储能密度较低,但其压缩机耗能减小,且对于压缩机材料要求不高。该系统缺点在于增加了多级换热及储热,系统初投资有所增加。
图3 蓄热式压缩空气储能系统原理图
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