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可再生能源并网之策——压缩空气储能系统

导读: 压缩空气储能技术作为最具发展潜力的大规模电力储能技术,可实现可再生能源的平滑波动、跟踪调度输出、调峰调频等关键技术难题,使可再生能源发电实现稳定可控输出,满足其接入并网的要求,从而为可再生能源的大规模利用提供了解决方案。

  掌握核心设计技术

  依托中国科学院工程热物理研究所所长基金重点项目“10兆瓦级先进压缩空气膨胀机的研究与实验”,储能研发中心团队对10兆瓦级超临界压缩空气储能系统释能过程关键核心部件——超临界空气膨胀机开展了相关研究与试验工作。该项目总体目标是全面掌握10兆瓦级超临界空气膨胀机的研发设计方法与技术,并完成部件和系统的集成验证实验。

  为解决上述一系列难题,团队于2012年底率先开展了高负荷透平膨胀机的整体研制工作。该膨胀机要求具有体积流量跨度大、膨胀比大等特点,同时科研人员根据速比和体积流量计算分析,该膨胀机需采用向心透平加轴流透平的组合式结构型式。

  “这对现有的设计和分析方法是一个严峻的挑战,需要在研制过程中对现有一维、准三维设计和全三维流场分析程序进行进一步的完善和发展。”陈海生进一步介绍,“首先我们采用具有完全自主知识产权的设计程序进行正反问题气动设计分析,然后在完成气动设计基础上进行强度校核和转子动力学分析,并根据结构设计需要及国内现有加工水平进行反复校核和优化,最终完成了高效、紧凑、高负荷透平膨胀机的整机设计,从而完全掌握了超临界压缩空气储能系统关键部件的核心设计技术,形成了一整套完善的适用于高负荷透平膨胀机的研发设计体系。”

  如今10兆瓦级超临界空气膨胀机机械变速与控制系统已圆满完成了厂内试车,各项指标均已达到设计要求,试验值与设计计算值吻合良好。

  可实现效益倍增

  超临界压缩空气储能技术不仅可实现分布式能源系统和智能电网的负荷平衡,提高可靠性与稳定性,还可以大幅提高火电机组实际运行效率,增强电网的输电能力,有效提高燃煤机组的总负荷系统及电网利用系统,也可作为工业节能、应急电源的关键支撑技术。

  据陈海生介绍,超临界压缩空气储能系统的应用将为国家带来巨大社会效益、经济效益和环境效益。利用超临界压缩空气储能技术可有效减小我国弃风光率,提高我国传统电力系统和分布式能源系统的效率,实现节能减排,同时可增加就业机会。

  陈海生指出,以可再生能源发电为例,到2020年,风电和太阳能并网装机分别达到2亿兆瓦和5000万兆瓦,但我国弃风光严重,如果利用该压缩空气储能技术会将弃风光率减少至零,这将使我国每年节约标准煤7000万吨,减少二氧化碳排放2.5亿吨。

  此外,超临界压缩空气储能系统的生产与应用还将为企业带来巨大的经济效益。以10兆瓦/80兆瓦时的压缩空气储能电站为例,产业化后的单位造价为1500元/千瓦时,发电销售利润总额可达3.32亿元/年,投资回收期为6至7年。

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