■陳海生
環(huán)保的壓縮空氣儲(chǔ)能
儲(chǔ)能有很多種技術(shù)，包括化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能等。根據(jù)2014年國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)，目前抽水蓄能占絕大多數(shù)，壓縮空氣儲(chǔ)能緊隨其后。
壓縮空氣儲(chǔ)能是將空氣壓縮存儲(chǔ)于裝置中，在用電高峰時(shí)，高壓空氣從儲(chǔ)蓄罐中釋放出來(lái)，通過(guò)燃料燃燒，進(jìn)行發(fā)電。只要不存在泄漏問(wèn)題，壓縮空氣儲(chǔ)能的周期不受限制。壓縮空氣儲(chǔ)能裝置的壽命比較長(zhǎng)，可以達(dá)到30——50年，如果保養(yǎng)得當(dāng)，甚至可以超過(guò)這個(gè)年限。
壓縮空氣儲(chǔ)能是抽水蓄能之外投資風(fēng)險(xiǎn)最小、成熟度比較高的儲(chǔ)能方式。在成本方面，壓縮空氣儲(chǔ)能與抽水蓄能都是最便宜的儲(chǔ)能技術(shù)。在用地和用水方面，壓縮空氣則非常環(huán)保，在國(guó)外很受重視。
在研發(fā)方面，壓縮空氣儲(chǔ)能被分為三類，使用不同熱源的被稱為燃燒燃料的壓縮空氣儲(chǔ)能；第二種是帶蓄熱的空氣儲(chǔ)能，將空氣壓縮熱進(jìn)行存儲(chǔ)，用電高峰將壓縮熱取出來(lái)，提高空氣的溫度；第三種是無(wú)熱源壓縮空氣儲(chǔ)能，一般為了減少系統(tǒng)投資、降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，系統(tǒng)不采用熱源，主要用于備用電源使用，對(duì)效率不敏感。
按照系統(tǒng)的大小，壓縮空氣儲(chǔ)能又被分為大型百兆瓦級(jí)和小型千瓦級(jí)系統(tǒng)。研究人員根據(jù)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是否可以同其他熱力循環(huán)系統(tǒng)耦合，在傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能研究中獲得了很多研究成果。
目前解決壓縮空氣儲(chǔ)能主要依賴大型儲(chǔ)機(jī)，將空氣液化，大幅降低體積，擺脫對(duì)大型儲(chǔ)能洞穴的依賴，另外也擺脫了對(duì)燃料燃燒的依賴。比較有代表性的是美國(guó)的等溫壓縮和蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能2兆瓦級(jí)系統(tǒng)。
國(guó)內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能研發(fā)進(jìn)展
目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有壓縮空氣儲(chǔ)能電網(wǎng)的商業(yè)應(yīng)用，但是已經(jīng)從五個(gè)方面逐步開(kāi)展了一些相關(guān)工作，包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和分析、蓄熱器、放熱器、系統(tǒng)集成和示范、政策和商業(yè)機(jī)制研究。
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有10家組織單位進(jìn)行了深入的系統(tǒng)研究，主要分為三大類：第一類是研究小型百千瓦以下的，有浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)等；第二類主要做技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，包括中科院工程熱物理所、華北電力大學(xué)等；第三類主要研究壓氣機(jī)，研究小型壓縮空氣儲(chǔ)能的有浙大工程物理所，漩渦式的有山東大學(xué)，向心式的是中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所。另外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在儲(chǔ)氣裝置方面也有一定研究。
集成示范方面，我國(guó)從十千瓦級(jí)到百千瓦級(jí)都有研究。浙江大學(xué)在上世紀(jì)90年代做過(guò)10千瓦左右的壓縮空氣動(dòng)力汽車的研究，山東大學(xué)依靠渦旋式的發(fā)動(dòng)機(jī)作出研究，并得到了“863”項(xiàng)目前沿項(xiàng)目的支持。2014年，清華大學(xué)做了500千瓦的裝置，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)百千瓦的裝置。
中科院工程熱物理所兆瓦級(jí)技術(shù)進(jìn)步顯著
中科院工程熱物理所的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置從千瓦級(jí)一直做到了現(xiàn)在的1.5兆瓦。
壓縮空氣儲(chǔ)能的系統(tǒng)過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，包括系統(tǒng)的壓縮、膨脹、蓄冷、蓄熱、截流、相變等工作。這其中也有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：首先，不是每個(gè)過(guò)程的效率高，整個(gè)系統(tǒng)效率就高，因此需要研究壓縮空氣儲(chǔ)能過(guò)程和系統(tǒng)集成；第二，壓縮空氣儲(chǔ)能的配件，壓縮機(jī)和膨脹機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有十分重要的作用，因此需要揭示其內(nèi)部的流動(dòng)、傳熱耦合和蓄熱方法；第三是蓄冷和傳熱特性，針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能的特點(diǎn)，中科院工程熱物理所提出四個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能熱學(xué)分析方法和優(yōu)化算法，并在此基礎(chǔ)上算出設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行了集成的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
電池網(wǎng)微信
