國際首臺百兆瓦先進壓縮空氣儲能系統膨脹機問世

時間:2020-07-30 12:00來源:國家光熱聯盟
  近日,中科院工程熱物理所研究員陳海生團隊完成了100兆瓦先進壓縮空氣儲能系統膨脹機的集成測試,各項結果全部合格,達到或超過設計指標。這一進展是該團隊研制國際首臺100兆瓦先進壓縮空氣儲能系統樣機的重要一步。
  壓縮空氣儲能的技術原理是在用電低谷時,將空氣壓縮儲存于儲氣室中,使電能轉化為空氣能存儲起來;在用電高峰時釋放高壓空氣進入燃燒室,帶動發電機發電,是一種極具發展潛力的大規模儲能技術。但是,傳統的壓縮空氣儲能技術存在依賴儲氣洞穴、依賴化石燃料以及系統效率較低等瓶頸問題。
  針對這些問題,陳海生團隊提出先進壓縮空氣儲能技術——采用壓縮空氣液化儲存或高壓氣態儲存在儲氣裝置中,擺脫了對儲氣洞穴的依賴;通過蓄熱技術回收利用氣體壓縮過程會產生的熱量,不必燃燒化石燃料提供熱量;通過高效的壓縮、膨脹、超臨界蓄熱及換熱,大大提升整體系統效率。
這其中,膨脹機是壓縮空氣儲能系統做功發電的關鍵核心部件,是系統研發的最大難點之一,具有負荷高、流量大、流動傳熱耦合復雜、變工況調控難度大等技術難點。經過多年努力,研發團隊先后攻克了多級膨脹機全三維設計、復雜軸系結構、變工況調節與控制等關鍵技術,研制出國際首臺100兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統多級高負荷膨脹機,具有集成度高、效率高及壽命長等優點。
  中科院工程熱物理所是國內最早開展壓縮空氣儲能研究的機構,此前,陳海生團隊曾在2013年和2016年建成國際首個1.5兆瓦級和10兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統。其中,10兆瓦先進壓縮空氣儲能示范系統效率達到60%,是目前全球效率最高的壓縮空氣儲能系統。壓縮空氣儲能系統規模越大、效率越高、成本越低。陳海生告訴《中國科學報》,100兆瓦級先進壓縮空氣儲能樣機建成后,額定效率將達到70%左右。
圖: 國際首臺100兆瓦先進壓縮空氣儲能系統膨脹機 
  據悉,目前世界上有兩座百兆瓦級商業運行的壓縮空氣儲能電站,都采用燃燒天然氣的傳統技術路線。中科院工程熱物理所示范項目建成后,將成為國際上效率最高、技術最先進的百兆瓦級壓縮空氣儲能電站。
  上述相關工作得到了國家自然科學基金委、中科院戰略性先導專項(A類)、中科院前沿科學重點研究項目、國家可再生能源示范區產業創新發展專項和國家重點研發計劃項目等的支持。

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