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1、清华大学汇报提纲研究背景与研究内容研究背景与研究内容12345工程实践总体思路关键技术研究背景应用前景2/27 我国能源电力现状与挑战1.研究背景 可再生能源消纳 近年来,我国新能源发展迅速,但由于风、光出力的波动性,导致弃风、弃光 电网峰谷差调节 随着新能源占比的扩大和用电负荷的攀升,电网峰谷差不断加大,部分电网峰谷差已达30%,电网调节能力严重不足有序的电能“储-释”,有助于移峰填谷、平抑波动先进的储能技术是解决弃风弃光、实现削峰填谷最有效最经济的手段之一3/27新型储能技术的政策鼓励和引导1.研究背景可再生能源“十二五”规划(2012年8月国家能源局)着力突破节能、低碳、储能、智能等关键
2、技术,加快科技创新能力建设关于促进储能产业与技术发展的指导意见(2017年10月五部委)针对不同应用场景和需求,开发分别适用于长时间大容量、短时间大容量、分布式以及高功率等模式应用的储能技术装备,重点包括压缩空气储能等“十四五”规划和2035年远景目标纲要(2021年3月两会)在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域组织实施未来产业孵化与加速计划,提出实施电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能等储能示范项目关于加快推动新型储能发展的指导意见(2021年7月发改委/能源局)2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,装机规模达3000万千瓦以上关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知(
3、2022年6月发改委/能源局)从明确身份、电价、交易及调度机制等方面对新型储能参与电力市场与调度运营做出规定4/27 压缩空气储能发展历史及主要技术路线1.研究背景5/27 补燃式压缩空气储能1.研究背景利用天然气补燃加热压缩空气,进而驱动燃气轮机发电,效率低,排放高上世纪世界上两座商业运行的电站(德国Huntorf电站和美国McIntosh电站)均为补燃式6/27 补燃式压缩空气储能1.研究背景储气方式:地下盐穴装机容量:290MW储气体积:31万m31978年至今共运行超过40年 充气时间:8小时 发电时长:2小时 系统效率:42%(含天然气补燃)19%(去除天然气补燃)每次发电消耗天然气
4、:10万立方米 德国:1978年,建成了世界上第一个商业性的压缩空气储能电站Huntorf7/27 补燃式压缩空气储能1.研究背景 储气方式:地下盐穴 储气体积:50万m3 发电容量:110MW 1991年至今,运行超过30年 压缩时间:41小时 发电时间:26小时 系统效率:55%(含天然气补燃)20%(去除天然气补燃)每次发电消耗天然气:35万立方米 美国:1991年,建成了世界上第二个商业性的压缩空气储能电站McIntosh8/27 绝热压缩空气储能1.研究背景工作原理:将空气压缩过程产生的热量存储起来,释能过程中用于加热压缩空气,驱动透平膨胀机发电;主要由压缩子系统、高压储气子系统、蓄
5、热回热子系统以及透平发电子系统等组成根据储热温度的不同,绝热压缩空气储能又可分为高温(400)、中温(200400)、低温(200)等不同的技术路线9/27 绝热压缩空气储能德国ADELE电站(高温蓄热路线)1.研究背景利用绝热压缩,将空气压缩至高温高压,回收利用高温压缩热设计储能容量:360MWh设计输出功率:90MW系统理论效率:70%高温压缩、高温储热,技术难度大10/27 绝热压缩空气储能中科院工热所(低温绝热路线)1.研究背景贵州毕节10MW压缩空气储能(管线钢储气)山东肥城10MW压缩空气储能(盐穴储气)张北100MW压缩空气储能(管线钢+地下储气)采用中科院工热所压缩空气储能技术
6、多级压缩、多级膨胀,低温绝热压缩空气储能采用水作为储热工质,储热温度120150 11/27 等温压缩空气储能1.研究背景工作原理:压缩过程中实时分离压缩热能和压力势能,使压缩空气不发生较大的温升;在膨胀过程中,实时将存储的压缩热能回馈给压缩空气,使压缩空气不发生较大的温降技术特点:结构简单、运行参数低,但其装机功率较小,储能效率较低,难以实现代表项目:美国SustainX和General Compression两家公司分别提出并搭建了1.5 MW和2 MW的试验示范系统,但并未公布实际运行试验结果12/27 深冷液化空气储能1.研究背景工作原理在绝热压缩空气储能基础上引入蓄冷装置,将高压空气
7、液化后以常压形式进行储存储能时,电能将空气压缩、冷却并液化,同时存储该过程中释放的热能;释能时,液态空气被加压、气化、加热后膨胀做功,同时存储该过程的冷能,用于下一个循环储能时空气冷却技术特点不依赖于地形条件限制储能密度高,是高压储气的15倍左右;存储压力低(0.20.5 MPa)蓄冷系统复杂,造价高、效率较低13/27 深冷液化空气储能1.研究背景容量:2.45 MWh,功率等级:350 kW采用石子填充床作为蓄冷器低温蓄冷技术难度大,系统效率较低Highview&伯明翰大学Pilot PlantPilsworth Grid Scale Demonstrator Plant设计容量:5MW/
8、15MWh设计理论效率55%位于曼彻斯特Pilsworth垃圾填埋场,发电过程中利用垃圾燃烧余热加热空气透平进气14/27汇报提纲研究背景与研究内容研究背景与研究内容12345工程实践总体思路关键技术研究背景应用前景15/272.总体思路 非补燃压缩空气储能(绝热压缩空气储能)2011年,提出了基于压缩热回馈的非补燃式压缩空气储能技术,并先后进行了低温蓄热和中温蓄热技术路线的试验验证16/27汇报提纲研究背景与研究内容研究背景与研究内容12345工程实践总体思路关键技术研究背景应用前景17/273.关键技术 技术创新面向储面向储-网网协同的压协同的压缩空气储缩空气储能系统运能系统运行与调控行与
9、调控18/27汇报提纲研究背景与研究内容研究背景与研究内容12345工程实践总体思路关键技术研究背景应用前景19/274.工程实践通过技术创新提升系统效率安徽芜湖500kWCAES工业试验电站青海西宁100kWCAES试验电站江苏金坛60MWCAES商业电站国家示范项目内蒙古、江苏、青海、山西、湖南等地座40%(2014年)51%(2016年)61.2%(2022年)在建规划20/27 国内外首座实现并网发电的500kW非补燃示范电站 电-电效率当时国际领先(已发电运行的非补燃CAES电站)4.1 安徽芜湖500kW非补燃压缩空气储能工业试验电站(第1代)21/274.2 青海西宁100kW非
10、补燃压缩空气储能试验电站(第2代)22/274.3 江苏金坛60MW盐穴压缩空气储能商业电站(第3代)2017年5月获批国家能源局示范项目,2018年12月举行开工仪式,进入工程实施阶段 一期建设60MW/300MWh,二期将建设百万千瓦压缩空气储能电站群,打造大规模清洁物理储能基地电动机电动机发电机发电机换热器换热器换热器换热器蓄热系统蓄热系统常温储热罐常温储热罐地下盐层地下盐层稳定岩层稳定岩层地下地下米米储气空间储气空间:2727万立方米万立方米工作压力工作压力:8 8.4 4-9 9MPaMPa储气量大储气量大:单个盐穴可达百万立方米单个盐穴可达百万立方米密
11、封性好密封性好:盐层具有自修复功能盐层具有自修复功能资源丰富资源丰富:我国盐穴资源丰富我国盐穴资源丰富,分布广泛分布广泛性能稳定性能稳定:盐层地质稳定盐层地质稳定,使用寿命长使用寿命长技术成熟技术成熟:中石油中石油、中石化储存天然气中石化储存天然气,储气压力储气压力1616.8 8MPaMPa储网协同储网协同控制与调度控制与调度多级多级离心压缩机离心压缩机组合组合透平膨胀机透平膨胀机弃风弃风、弃光弃光及低谷电及低谷电高峰电高峰电高温储热罐高温储热罐高压空气高压空气岩穴储气库岩穴储气库 项目信息23/274.3 江苏金坛60MW盐穴压缩空气储能商业电站(第3代)压缩机系统透平发电系统换热系统储热
12、系统集控室综合水系统 电站布局24/27汇报提纲研究背景与研究内容研究背景与研究内容12345工程实践总体思路关键技术研究背景应用前景25/275.应用前景 电网侧:压缩空气储能具备调峰、调频、调相、旋转备用和黑启动等众多功能,可有效提高电网运行安全性和经济性 电源侧:压缩空气储能可与光伏、风电相结合,构成风储或光伏一体化系统,提升新能源发电消纳率 负荷侧:压缩空气储能可充分利用其冷热电联储联供特性,提高能源综合利用效率电网侧应用电源侧应用负荷侧应用 应用前景26/27感谢各位专家敬请批评指正青海西宁100kWCAES试验电站安徽芜湖500kWCAES工业试验电站江苏常州60MWCAES国家试验示范电站内蒙乌兰察布10+120MW风电消纳CAES示范电站