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广东院研发压缩空气储能技术助力新兴储能市场
来源: 日期:2015-04-09 访问次数: 字号:[ ]

  压缩空气储能技术是一项大规模物理储能技术,能够实现电能在几百兆瓦规模等级的储存与释放,在电网负削峰填谷以及风电等新能源电能品质改善领域具有广泛的市场前景。此项技术在电能储存阶段,依托空气压缩机将待储存的电能转变为空气的压力能进行储存,储能阶段对电能品质无要求。在电能释放阶段,结合燃气透平或者空气透平技术将空气的压力能再次转变为电能,输出高品质的稳定电能。压缩空气储能技术与抽水蓄能技术具有相似的技术原理,但相对于抽水蓄能技术而言,压缩空气储能技术对水资源以及地势高低落差没有技术要求,可以作为抽水蓄能技术的有效补充。

  新兴能源市场 暗藏巨大潜力

  压缩空气储能技术的应用市场包括电网的削峰填谷市场以及新能源电能市场。以广东省为例,典型夏日全省的电网负荷高峰以及电网负荷低谷的负荷差值高达30000MW,削峰填谷的市场需求相当于30台1000MW机组的满发容量。若顺延至全国电网的削峰填谷需求,相应的市场将更为广阔。

  在新能源电能市场方面,风力发电与太阳能发电已经成为我国新能源战略的重要组成部分。在风电与太阳能光伏产业快速发展的同时,因波动性与间歇性等新能源电能品质劣势导致的并网难题已经开始凸显。据中国风能协会公布的数据,2012年全国因电网拒绝收购风电导致的直接弃风损失电量约200亿度,2013年弃风形势虽有所好转,但是弃风总电量也仍然高达150亿度。在未能从源头提高新能源电能品质的状况下,新能源产业迅猛发展与新能源电能自身低品质之间的矛盾将会导致新能源电能弃网的问题愈发严峻。这方面,压缩空气储能技术可以良好消除波动性和间歇性等带来的不良影响,进一步提升新能源电能的稳定性和可接入性,应用空间广阔。

  市场商机初现 储能渐成热点

  压缩空气储能技术商业化示范电站于1978年在德国Huntorf首次投入商业化运营,储能示范电站的储能总功率为60MW,释能总功率为290MW,储气溶洞位于地表650米深度以下,储气溶洞的总容积约31万立方米。美国在吸取德国Huntorf储能电站的设计及运行经验之后,1991年在Alabama州建成了储能规模50MW,释能规模为110MW的储能示范电站。经过几十年的运行检验,美国在2010年前后开始启动四座新压缩空气储能示范电站的筹建工作,分布在俄亥俄州、加利福尼亚州以及纽约州等。

  在巨大的储能市场驱动下,国内的相关企业以及研究单位均将目光聚焦至压缩空气储能技术当中。其中安徽芜湖500kW压缩空气储能示范电站于2013年12月开工建设,该项目由清华大学卢强院士与中科院的周远院士提供技术保障,据报道此项示范电站已经于2014年11月试运行。中科院工程热物理研究所自2009年开始关注压缩空气储能技术的研究,在2013年7月建成1.5MW的超临界压缩空气示范平台并完成168小时运行试验,储能示范平台的折合火用效率为52%。在2014年7月,中科院工程热物理研究所采用知识产权入股形式,成立了中科双良储能技术(北京)有限公司,开始进入储能市场。

  把握市场脉搏 研发储能技术

  广东院时刻跟踪市场需求及技术前沿的发展动态,依据国家大力发展新能源电力产业的战略规划,提前布局储能市场的核心技术研发工作,在2011年底设立了由机务环保部承担的部门科标《大规模压缩空气储能电站关键技术研究》,在2012年9月招收博士后承担《100MW压缩空气储能电站设计与热力学分析研究》博士后研究课题,进一步强化压缩空气储能技术的研发以及技术储备。博士后课题由郭祚刚博士承担研究工作,课题在2012年12月正式立项,2014年11月顺利结题,研究成果经评审专家组认定达到国内领先水平。

  在博士后课题立项时,为确保研究工作的顺利开展,分别邀请广东院副总工程师邓广义与浙江大学陈光明教授作为合作指导老师,同时组建了由发电工程公司副总经理范永春以及机务环保部资深专家与主任工等组成的强大课题支撑团队。

  课题执行初期主要致力于压缩空气储能系统的集成设计与热力学性能分析模型的构建,在取得较好技术积累之后,对现有压缩空气储能系统存在的技术缺陷提出了改进措施并申请了发明专利的知识产权保护。以压缩空气储能系统的喷射调压改良思路为创新点,《基于先进绝热与流体引射理论的压缩空气储能技术研究》获得广东省科技厅立项。在课题团队成员的鼎力支持与精诚合作下,依托建立的压缩空气储能系统理论分析方法,分别开展了规模为850kW的小规模压缩空气储能示范电站以及规模为105.9MW的大规模压缩空气储能电站的性能分析以及设备选型工作,进一步积淀了广东院在压缩空气储能领域的技术实力。

  原创性的核心技术是企业的核心竞争力,在储能课题的开展过程中,课题团队十分注重原创性知识产权的保护,申报了包括《压缩空气储能系统》、《热电联供的压缩空气储能方法及储能系统》、《储热装置》以及《提升压缩空气储能技术能量转换效率的方法及装置》在内的4项发明专利,目前已经取得了3项实用新型专利的授权。同时,博士后课题在压缩空气储能领域取得的研究成果也受到风电企业的关注,业主单位经过多轮技术交流后,主动提出合作意向,签订了《压缩空气储能战略合作框架协议》,迈出了压缩空气储能技术走向市场化的第一步。

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