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解讀壓縮空氣儲能電池概念 有望后來居上

鉅大LARGE  |  點擊量:3363次  |  2020年07月08日  

壓縮空氣儲能的原理是空氣壓縮時儲能,膨脹時發電,利用低谷、風電、太陽能等不易儲藏的電力來儲能,在要的時候發出來,完全不受地理條件的限制,空氣儲能概念股:金通靈與西安交通大學能源與動力工程學院合作研發壓縮空氣儲能的冷熱電聯產系統,陜鼓動力:公司具備壓縮空氣儲能技術研究。


盤中空氣壓縮儲能概念位于漲幅前列。消息稱,比爾蓋茨參與投資空氣壓縮儲能新秀公司光帆能源(LightSailEnergy)D輪融資3730萬美元,因看好其未來新能源前景。


據媒體報道,利用太陽能和風能這樣的清潔能源發電并網,一直存在著制約性的難點,即當沒有風、沒有陽光的時候如何有效地存儲能量。光帆能源公司聯合創始人、首席科學家丹妮爾方發明出一套壓縮空氣儲能技術,具有可規模化應用、易于攜帶、清潔和使用成本低等特點。其理念在于讓太陽能、風能等具有間歇性特點的發電資源能夠變成主流,并掀起一場電網設計的革命。


丹妮爾在普林斯頓大學攻讀博士學位時,一直從事核聚變領域的研究。后來,她退學到硅谷追求自己的創業夢想。她認識到,靠能源儲存技術也可以實現跟研究核聚變相似的目標。


不過,利用壓縮空氣儲能的概念早就存在。利用太陽能和風能發電再通過發動機把空氣壓縮在一個大罐中,空氣壓力可以隨時驅動發電機轉化為電能來供電。這其中存在的難點在于,壓縮空氣的時候幾乎可以達到1000℃的高溫,這意味著能量會以熱能的形式損失掉很大一部分,這使得將空氣壓縮存儲在傳統的鋼制容器中變得不切實際。


丹妮爾想到利用水噴霧來冷卻空氣。她發明了一種技術在壓縮空氣的過程中分離加熱后的冷卻水,通過水循環,將熱能循環利用并使能量損失最小化。這個過程還要優于效率最好的儲能電池:每10千瓦時的電能,通過系統后,可以在要的時候使用到7千瓦時。


目前,用于存儲多余太陽能和風能的方式便是利用儲能電池。而這種新的水循環冷卻壓縮空氣儲能方法的成本更低,使用時間可以達到10年以上。從長遠角度來看,丹妮爾認為,相比較電池來說存儲同樣的電能,她的方法成本僅為1/10.


這種方法使用一個大小為標準集裝箱的存儲罐,再加上一個汽車車廂大小的系統單元,就可以存儲相當于兆瓦級風力渦輪機3小時出現的電能。


壓縮空氣儲能有望后來居上


根據2008年的數據,抽水蓄能在國際儲能市場中容量最大,占總裝機容量的99%;排名第二的是壓縮空氣儲能,占0.5%;剩下包括各種電池在內的所有其他形式占0.5%。


據科學時報報道,除了抽水蓄能的霸主地位無法撼動,最有希望實現大幅上升的就是壓縮空氣儲能。


今年三月,中科院工程熱物理所研究員陳海生指出,一旦目前世界上在建的6吉瓦電站建成,壓縮空氣儲能在總儲能裝機容量中的比例將迅速提高到3%~5%。


在各種儲能技術中,抽水蓄能在規模上最大,達到上千兆瓦,技術也最成熟;壓縮空氣儲能次之,單機規模在百兆瓦級別;化學儲能規模較小,單機規模一般在兆瓦級別或更小。


實際上,為了輸出西北豐富的風能資源,我國一直迫切要配備大規模的儲能裝置。但很多地區并不具備建設抽水蓄能電站的自然條件,這就要其他的儲能手段。


然而,在國外已是成熟技術的壓縮空氣儲能在我國卻頗為陌生,不僅幾乎沒有產業基礎,甚至連理論研究都不多。


究其原因,是壓縮空氣儲能自身的技術特性使得其在我國很難推廣。陳海生更是直言不諱:假如固有的硬傷無法克服,壓縮空氣儲能在我國只有死路一條。


而記者在采訪中了解到,工程熱物理所剛剛啟動示范的創新型壓縮空氣儲能裝置,在設計上有別于現有的傳統裝置,力圖克服原有缺陷,打造適合我國國情的新型壓縮空氣儲能電站。


壓縮空氣儲能的兩大優勢使其成為一種重要的儲能手段。首先,壓縮空氣儲能在規模上僅次于抽水蓄能,如德國一座電站的規模達到290兆瓦。其次,技術成熟,已經實現大規模商業化應用。


之所以說其技術成熟,重要是由于壓縮空氣儲能是一種基于燃氣輪機的儲能技術。只不過,壓縮空氣儲能的原理是將燃氣輪機的壓縮機和透平分開,在儲能時,用電能將空氣壓縮并存于儲氣室中;在釋能時,高壓空氣從儲氣室釋放,進入燃燒室膨脹做功發電。


實際就是讓壓縮機和透平分時工作,從而起到調峰的用途。陳海生解釋說。


1949年,壓縮空氣儲能的第一個專利在美國問世。1978年,第一臺商業運行的壓縮空氣儲能機組在德國誕生。


由于技術成熟、規模較大,壓縮空氣儲能的成本較低,大約為3000~5000元/千瓦,是成本最低的一種儲能方式。而且壽命長,通過維護可以達到40~50年,接近抽水蓄能的50年。壓縮空氣儲能的響應時間和抽水蓄能也接近,啟動時間約5~10分鐘,比電池、電容、飛輪儲能響應時間慢。但容量更大,單機容量在100~300兆瓦,小型的也可做到10兆瓦。


未來完善的儲能系統要多種儲能方式相配合。如電池、電容、超導、飛輪等重要用于提高電網質量,防止發生突然斷電。而壓縮空氣儲能和抽水蓄能重要用于削峰填谷和電能管理通過峰谷電價獲利,也可用于容量型的備用電源。


陳海生特別指出,壓縮空氣儲能適合用于大規模風場,因為兩者有天然的結合優勢:風能出現的機械功可以直接驅動壓縮機旋轉,減少了中間轉換成電的環節,從而提高效率。據悉,國外有類似示范電站在建。


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  • 壓縮空氣儲能

    一種新型蓄能電站。它利用電力系統低容負荷時的多余電能將空氣壓縮儲存在地下洞穴中,需要時再放出,經加熱后通過燃氣輪機發電機組發電,以供尖峰負荷的需要。供給燃氣輪機的能量是壓縮空氣的勢能和用以加熱空氣的燃料化學能的總和。壓縮空氣蓄能電站在一個充壓和釋放的循環中發出的電量大于充壓所需的電量。充、放能量之比稱為電量比,一般為0.72~0.80,它取決于電站的規模和設計情況。在發電過程中,燃料消耗大約為4220kJ/kWh。

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