热点
HOT POINT

技术突破 100兆瓦压缩空气储能迈出关键一步

技术突破 100兆瓦压缩空气储能迈出关键一步
  近日,中国科学院工程热物理研究所研究员陈海生团队完成了100兆瓦先进压缩空气储能系统膨胀机的集成测试,各项结果全部合格,达到或超过设计指标。这一进展是该团队研制国际首台100兆瓦先进压缩空气储能系统样机的重要一步。
  近日,中国科学院工程热物理研究所研究员陈海生团队完成了100兆瓦先进压缩空气储能系统膨胀机的集成测试,各项结果全部合格,达到或超过设计指标。这一进展是该团队研制国际首台100兆瓦先进压缩空气储能系统样机的重要一步。
  储能技术被称为能源革命的支撑技术和国家战略性新兴产业。压缩空气储能具有规模大、成本低、效率高、环境友好等优点,是最具发展潜力的大规模储能技术之一。压缩空气储能的技术原理是在用电低谷时,将空气压缩储存于储气室中,将电能转化为空气能存储起来;在用电高峰时释放高压空气进入燃烧室,带动发电机发电,是一种极具发展潜力的大规模储能技术。但是,传统的压缩空气储能技术存在依赖储气洞穴、依赖化石燃料以及系统效率较低等瓶颈问题。
  针对这些问题,陈海生团队提出先进压缩空气储能技术——采用压缩空气液化储存或高压气态储存,摆脱了对储气洞穴的依赖;通过蓄热技术回收利用气体压缩过程产生热量,不必燃烧化石燃料提供热量;通过高效的压缩、膨胀、超临界蓄热及换热,大大提升了整体系统效率。
  这其中,膨胀机是压缩空气储能系统做功发电的关键核心部件,是系统研发的最大难点之一,具有负荷高、流量大、流动传热耦合复杂、变工况调控难度大等技术难点。经过多年的不懈努力,研发团队先后攻克了多级膨胀机全三维设计、复杂轴系结构、变工况调节与控制等关键技术,研制出国际首台100MW级先进压缩空气储能系统多级高负荷膨胀机。该膨胀机具有集成度高、效率高及寿命长等优点。工程热物理所储能研发中心完成了该膨胀机的加工、集成与性能测试,各项测试结果全部合格,达到或超过设计指标。
  上述工作得到了国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项(A类)、中科院前沿科学重点研究项目、国家可再生能源示范区产业创新发展专项和国家重点研发计划项目等的支持。
  陈海生的压缩空气储能时间表
  可以达到百兆瓦级的大规模储能技术包括抽水蓄能和压缩空气储能两种,压缩空气储能排名第二。
  2016年11月,陈海生团队自主设计研发的大规模压缩空气储能集成与示范平台搭建完成,进入系统调试阶段,成为全球首个针对10兆瓦级先进压缩空气储能系统的实验检测平台。而此时,陈海生已经开始了100兆瓦级系统的设计工作。
  当时,全世界仅有两座商业运行的压缩空气储能电站,分别位于德国和美国,规模达到百兆瓦级,但采用燃烧天然气的传统技术路线。而陈海生团队研发的先进系统不使用储气洞穴、不燃烧天然气,具有技术上的优势。
  虽然在国际同行中处于领先地位,但陈海生时刻警醒自己:“国际基本同步,国内追赶甚急,形势严峻。”2010年他回国之初就设定了压缩空气储能研发的时间表:2012年完成1.5兆瓦示范项目,2015年建成10兆瓦项目,2020年建成100兆瓦项目。
  2013年初廊坊1.5兆瓦示范项目建成后,团队就开始了10兆瓦项目的设计工作,到2015年初已经完成了集成验证平台建设图纸。2015年下半年,在国家能源局的支持下,国家能源大规模物理储能技术研发中心正式落户毕节,项目随之开工建设,仅用一年时间就正式建成。
  一套10兆瓦级压缩空气储能系统造价可降至8000万~9000万元,比电池便宜很多,风电厂可以承受,并且寿命达到30年以上,储电的成本在0.3~0.5元/度。同10兆瓦系统相比,100兆瓦系统将提高效率10%,单位成本下降30%,适用于大电网、大风电场。
  建成大功率多级间冷压缩机实验平台
  2018年底,中国科学院工程热物理研究所自主研发设计的首台大规模压缩空气储能系统压缩机实验与检测平台在国家能源大规模物理储能技术(毕节)研发中心暨工程热物理所毕节分所完成调试。
  该实验平台采用闭式循环系统,可实现实验件进口温度和压力的调节,同时采用变频动力设备,实现转速可调。该平台分为低速低压实验系统和高速高压实验系统,系统压力测量范围0.5~110barA,转速测量范围0~40000r/min,功率测量范围0~10MW,具有开展单/多级压缩机气体动力学、机械性能、压缩机与换热设备的耦合特性、压缩系统变工况控制规律、压缩系统性能检测以及特殊工质压缩机性能等功能,为大规模储能系统压缩机的研发提供必备的研发平台环境,为储能系统的产业化提供必需的技术支撑。
  依托该实验平台,研究所详细研究多级压缩系统内部流场测试及优化、变工况运行特性、多级控制规律等关键科学问题,深入开展10MW级压缩空气储能系统压缩部件的全尺寸、全工况实验和100MW级压缩空气储能系统压缩部件模化实验,并基于此开展多级高端压缩设备的研发和产业化。

技术突破 100兆瓦压缩空气储能迈出关键一步
技术突破 100兆瓦压缩空气储能迈出关键一步
  中科院工程热物理所通过15年努力,建立了具有完全自主知识产权的研发体系,先后突破了系统全工况设计与控制、多级高负荷压缩机和膨胀机、高效超临界蓄热换热等关键技术,分别于2013年和2016年建成了国际首个1.5兆瓦级和10兆瓦级先进压缩空气储能系统,从2017年起,在国际上率先开展了100兆瓦级先进压缩空气储能系统研发工作。
  压缩空气储能系统规模越大、效率越高、成本越低。100兆瓦级先进压缩空气储能样机建成后,额定效率将达到70%左右。该研究所示范项目建成后,将成为国际上效率最高、技术最先进的百兆瓦级压缩空气储能电站。
  压缩空气储能加速推进中
  目前,总投资30亿元的全国首个盐穴压缩空气储能电站,由中盐金坛成立的清华大学卢强院士工作站采用非补燃压缩空气储能技术,计划建设一套60兆瓦盐穴压缩空气储能系统。该项目及应用设备均为国内首创,预计一期2021年3月投产,每小时可发电6万度,将有力支撑江苏电网调峰需求,缓解峰谷差造成的电力紧张局面。
  此外,山东肥城压缩空气储能调峰电站项目第一套10兆瓦机组主要设备已完成采购及生产制造,正进行盐穴通井、测腔,计划2020年12月完成建设安装。
  另据媒体报道,河北张家口将建设国际首套百兆瓦先进压缩空气储能示范项目,项目规模为100MW/400MWh。蓝星工程有限公司348.36万元中标该压缩空气储能项目工程设计。
  据了解,张北巨储新能源科技有限公司综合能源示范项目已由张北县行政审批局以张审批备字(2018)1号(批文名称及编号)批准建设,投资方为张北巨人能源有限公司,项目建设地为张家口市张北县庙滩云计算产业园区,占地面积共85亩,系统设计效率70%。项目业主为张北巨储新能源科技有限公司,建设资金来自自筹和银行贷款,企业出资比例为30%,银行贷款70%。根据招标要求,投标人将完成100MWx4h压缩空气储能系统的初步设计、施工图设计到竣工图编制等全过程的设计任务并提供全面的技术服务。
  • 温馨提示:如果您喜欢本文,请与我们联系索取原文。
    E-mail: magazine@compressor.cn