中國能建最近批復兩個300MW壓縮空氣儲能示范項目,其中湖北應城項目已經進入施工高峰,甘肅酒泉項目已經動工。公司還在遼寧、湖南、陜西等地布局多個300兆瓦級壓縮空氣儲能電站項目,這些項目的勘探工作和工程可行性研究報告編制工作正在全面推進中。
隨著雙碳國策的確立和可再生能源的快速發展和電力網絡的轉型,對能源儲存技術的需求也在增長。儲能技術近幾年發展迅速,其技術主要包括電池、泵儲水、儲熱、壓縮空氣等。因此,壓縮空氣儲能作為一種可持續的儲能解決方案,正在受到更多關注和研究。預計未來幾年,其在儲能領域的占比有望增加,但具體能達到多少仍因多個因素而異,包括技術進步、成本降低和政策支持等。
壓縮空氣儲能(Compressed Air Energy Storage,CAES)是一種能量儲存技術,其原理是將電力轉化為壓縮空氣,并將其儲存在一個容器或地下儲氣庫中。當需要釋放能量時,壓縮空氣會被釋放出來,并驅動渦輪機或發動機來產生電力。壓縮空氣儲能系統由壓縮機、儲氣罐或地下儲氣庫、膨脹機(渦輪機或活塞發動機)等主要部分組成。利用過剩的電能通過壓縮機將空氣壓縮并存儲到儲氣罐和地下儲氣庫中,存儲系統如何減少能量損失對能量的轉換十分重要,當需要釋放能量時需要通過膨脹機完成能量的轉換。
雖然壓縮空氣儲能(CAES)在儲能領域的占比相對較小,但較其他儲能技術具有以下優勢:
1.大規模儲能能力:CAES系統可以實現大規模的能量儲存,通過地下儲氣庫可以儲存大量的壓縮空氣。這使得CAES在電網規模儲能、峰值電力調節等方面具備優勢。
2.高效能量轉換:CAES系統可以實現較高的能量轉換效率,目前,壓縮空氣儲能系統的能量轉換率在大約60%~70%之間。當釋放能量時,壓縮空氣經過膨脹機產生機械能,然后通過發電機轉化為電能。相比于傳統的熱能轉換儲能技術,如蓄熱儲能和燃燒儲能,CAES的能量轉換過程損失較小,效率相對較高。
3.長期儲存能力:CAES系統具有較長的能量儲存時間,能夠在儲氣罐或地下儲氣庫中存儲數小時或數天的能量。這使得CAES適用于夜間或低負荷時段儲存能量,以在高負荷時段釋放能量,實現能源的平衡和調節。
4.靈活性與可調度性:CAES系統具備較高的靈活性和可調度性,能夠快速響應電力需求的變化。壓縮空氣的儲存和釋放過程可以在幾分鐘內完成,從而實現快速的能量調度,滿足電力網的需求。
5.環境友好和可再生性:CAES系統不產生二氧化碳等溫室氣體,屬于無排放的能量儲存技術。此外,CAES還可以與可再生能源,如風能和太陽能,相結合,實現可再生能源的儲存和平穩輸送。
盡管CAES具有許多優勢,但它也存在一些挑戰,如地下儲氣庫的建設和運營成本較高,以及在能量轉換過程中的部分能量損失等。因此,綜合考慮系統效率、成本和可行性等因素,CAES往往作為電力系統中其他儲能技術的補充或替代選擇,以實現能源的平衡和清潔電力的供應。
壓縮空氣儲能技術在全球范圍內正逐步得到認可并發展。目前全球范圍內存在多個商業化的壓縮空氣儲能項目。其中,位于美國的"蓋爾斯堡能源站"(Galesburg Energy Storage Station)是目前最大規模的商業壓縮空氣儲能項目之一。其他國家如德國、韓國和日本也有一些商業化項目在推進中;壓縮空氣儲能技術與可再生能源的結合是當前的一個發展趨勢。因為可再生能源的波動性和間歇性,壓縮空氣儲能可以用于將過剩的可再生能源進行儲存,然后在需求高峰時釋放能量;為了降低能量轉換損失和提高系統效率,地下儲氣庫被廣泛用于壓縮空氣儲能系統。當前,很多壓縮空氣儲能項目選擇在地下建設儲氣庫,以利用地下的穩定溫度和壓力條件;新材料和新工藝的研究是推動壓縮空氣儲能技術進一步發展的關鍵。例如,利用先進的密封技術和材料可以降低能量損失,提高系統效率。此外,研究人員還在探索更高效的膨脹機和壓縮機設計,以提高能量轉化效率;壓縮空氣儲能技術在大規模商業應用上仍面臨一些挑戰。其中一個主要挑戰是能量轉化效率的提高,以增加系統的經濟可行性。此外,建設成本和環境影響也是應用的考慮因素。
中國政府對壓縮空氣儲能技術的發展給予了政策支持。這包括提供政府補貼、推動技術研發和示范項目建設等。國內目前已經建成了多個壓縮空氣儲能電站,并將其商業化運營。例如,位于山東省的萊陽壓縮空氣儲能電站是中國第一座商業化運營的壓縮空氣儲能電站,于2013年建成投運。近年來,中國的壓縮空氣儲能行業經歷了快速增長。根據中國電力招標網的數據,目前中國境內正在規劃和建設的壓縮空氣儲能項目數量正在不斷增加。大多項目多以地下儲氣庫為主,如山東藍色海岸儲氣泵儲能示范項目。
能量轉換率是壓縮空氣儲能技術關注的重點,受到多個因素的影響,包括系統的設計、壓縮空氣的壓縮比、儲氣罐的熱損失、膨脹機的效率等。為了提高能量轉換率,研究人員正在進行多項技術改進,如采用高效的壓縮機和膨脹機、優化儲氣罐的絕熱性能、改進系統控制策略等。盡管目前的能量轉換率已經相對較高,但仍有進一步改進的空間。不斷的研究和技術創新有助于提高壓縮空氣儲能系統的能量轉換率,使其更具競爭力和可持續性,以滿足未來能源儲存需求。
壓縮空氣儲能系統對于新材料和新工藝有一定要求:高效性:需要將電力轉化為壓縮空氣的能量盡可能高效地儲存和釋放;密封性:儲氣罐或地下儲氣庫需要具備良好的密封性能,以防止能量損失和氣體泄漏;安全性:壓縮空氣的儲存和釋放過程中需要考慮系統的安全性,防止爆炸或其他事故發生;耐久性:系統需要具備足夠的耐久性,能夠經受長期循環充放電的使用;成本效益:新材料和新工藝應具備較低的制造成本和維護成本,以提高技術的經濟可行性。
總的來說,壓縮空氣儲能正逐步發展并逐漸在全球范圍內得到應用,在國內得到了政府和企業的重視。隨著技術的進一步創新和成本的降低,預計壓縮空氣儲能技術將在未來幾年內取得更大的進展,并為能源儲存領域提供更多可持續的解決方案。
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