压缩空气储能技术及其应用探讨

　　[摘要]压缩空气储能被公认为是一种比较适合大规模系统的储能技术，是实现电网削峰填谷，解决风电、光伏等波动性新能源消纳的有效手段，是支撑可再生能源发展的关键技术之一。其在能源行业中的应用，能够提高我国能源的利用率。基于此，文章主要对压缩空气储能技术原理进行了分析，并对其技术应用进行了研究，以期能够提高储能效果。

　　[关键词]压缩空气；储能技术；应用

　　中图分类号：G989文献标识码：A文章编号：1009-914X（2017）48-0026-01

　　引言

　　随着社会经济的快速发展，我国新能源发电增长迅速，由于风电、光伏等新能源发电具有波动性、不确定性，给大规模并网建设带来了困难。大规模电力储能技术以其分时储/释能的特点受到越来越多关注，压缩空气储能技术的应用，对地理环境等客观条件要求宽松，因而受到越来越广泛的重视。对此，在储能电站建设过程中，相关人员要充分考虑压缩空气储能技术在其中的应用，提高储能效果，保证我国能源的最大利用率。

　　1压缩空气储能的技术原理

　　压缩空气储能是基于燃气轮机技术提出的一种能量存储系统。图1为燃气轮机的工作原理图，空气经压气机压缩后，在燃烧室中利用燃料燃烧加热升温，然后高温高压燃气进入透平膨胀做功。燃气轮机的压气机需消耗约2/3的透平输出功，因此燃气轮机的净输出功远小于透平的输出功。压缩空气储能系统的压缩机和透平不同时工作，在储能时，压缩空气储能系统耗用电能将空气压缩并存于储气室中；在释能时，高压空气从储气室释放，进入燃烧室利用燃料燃烧加热升温后，驱动透平发电。由于储能、释能分时工作，在释能过程中，并没有压缩机消耗透平的输出功，因此，相比于消耗同样燃料的燃气轮机系统，压缩空气储能系统可以多产生2倍甚至更多的电力。压缩空气储能系统工作原理如图2所示：

　　压缩空气储能具有适用于大型系统（100MW级以上）、储能周期不受限制、系统成本低、寿命长等优点，但存在对大型储气室、化石燃料的依赖等问题。

　　2压缩空气储能关键技术

　　从功能原理方面考虑，可以将CAES系统划分为压缩、储气、回热、膨胀发电等四个子过程，其相应的关键技术即为高效压缩技术、大容量储气技术、高温蓄热技术和高效膨胀技术。

　　2.1压缩

　　作为储能过程中的核心部件，压缩机具有流量大、效率高、压比高、背压变化大等特点，与燃机中的压缩机和一般的工业压缩机具有很大的不同。目前在大型CAES电站设计中多采用低压段轴流压缩机与高压端离心压缩机组成的多级压缩、级间冷却的工作模式，而对于先进绝热CAES系统，则要采用大压比、高温升的轴流或者离心压缩机，以满足较高的压缩排气温度。

　　2.2储气

　　CAES采用空气作为储能介质，储气系统具有容量大、压力高等特点。CAES电站的容量和储气室的容积、压力紧密相关，如何获得可靠、低造价的储气室成为电站建设的关键。大型CAES电站一般采用地下盐穴或者人工�_凿的地下岩洞作为储气室；（；）中小型的储能电站可以考虑采用压力容器作为储气室，虽然布置形式灵活，但是系统造价较高。

　　2.3回热

　　作为非补燃CAES的关键技术，回热技术对系统的储能效率影响极大，回热温度越高，系统的储能效率也越高。对于高温的回热系统可以选用导热油、熔融盐等蓄热工质，采用光热发电技术中所常用的双罐布置方案。

　　2.4膨胀发电

　　膨胀发电系统是释能过程中热功转换的核心部件，其效率的高低直接决定着整个电站的储能效率。考虑到膨胀机的结构形式与燃气轮机的膨胀机类似，目前CAES多采用多级膨胀加中间再热的结构形式，但由于膨胀机的膨胀比高于常规的燃气轮机，故对膨胀机的设计和制造具有较高的要求。

　　3压缩空气储能技术的应用

　　压缩空气储能技术最初主要用于电网的调峰和调频，但是随着该技术的发展，逐渐在微能源网、可再生能源、分布式能源、UPS电源等领域得到了应用。压缩空气储能技术目前具有以下几方面的应用：

　　3.1削峰填谷

　　集中式的大型CAES电站的单机容量可达百兆瓦以上量级，发电时间可达数小时，可在电力系统负荷低谷时消纳富余电力，在负荷高峰时向电网馈电，起到“削峰填谷”的作用，从而促进电力系统的经济运行。

　　3.2消纳新能源

　　分散式CAES电站的容量配置为几兆瓦到几十兆瓦，可与光伏电站、风电场、小水电站等配套建设，将间歇性的可再生能源储存起来，在用电高峰期释放，缓解当前的弃风、弃光和弃水困局。

　　3.3构建独立电力系统

　　CAES还可用于沙漠、山区、海岛等特殊场合的电力系统。该类地区对储能系统的寿命、环保等方面有特殊需求。在此情况下，若配合风力发电、光伏发电、潮汐发电等清洁能源，结合非补燃CAES的冷热电联供特点，则有望构建低碳环保的冷-热-电三联供独立电力系统。

　　3.4紧急备用电源

　　由于非补燃CAES技术不受外界电网、燃料供应等条件的限制，对于电网出现突发情况如冰灾造成的断网等，该技术的应用将能确保重要负荷单位如政府机关、军事设施、医院等的正常运行。

　　3.5CAES动力汽车

　　CAES动力汽车具有环保无污染、使用成本低等优点，目前法国、美国、英国、印度和韩国等国家正在进行气动发动机及压缩空气动力汽车的研究工作。其中，法国MDI汽车公司研制的压缩空气汽车配备一罐90L、30MPa压力的压缩空气可以行驶240km，可以预期未来具有较广的应用前景。

　　结束语

　　综上所述，压缩空气储能技术作为大规模储能技术的主要组成之一，随着科学技术的不断发展，其在我国工业中的应用也越来越广泛。为了推动能源的可持续发展，国家及相关企业需大力倡导并研发相关储能技术，实现可再生能源的持续利用。本文来自《储能科学与技术》杂志