压缩空气储能系统-论文.pdf

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1、第2期（总期63期）No.2(SerialNo.63)2014年3月FluidPowerTransmissionandControlMar.,2014液压气动专利讲坛（16）压缩空气储能系统张国贤（上海大学上海200444）1储能装置是智能电网的关键设备由于白天与夜晚用电负荷的差别，调峰成为电网公司的核心任务。在光伏发电及风电等可再生能源迅速发展的今天，电网调峰矛盾日趋突出。尤其是风电，通常夜晚风力大于白天，处于用电低谷的夜晚输出的风电往往不受电力公司欢迎，目前我国大都数风电场存在严重的夜晚弃风现象，致使风电设备利用率相当低下。当前国内外电网公司可用的调峰手段十分有限，一种是采用调峰

2、发电机，目前普遍采用启停方便的燃气轮机，该方式发电效率高、占地面积小，但设备投资图1各种储能方式的能量与功率容量比较大。另一种是采用调峰水电站，夜晚将水泵送到高位水库，白天通过水轮机发电。这种方式要求一定的地理条件，占地面积大、建设周期长、投资大、效率低。上述第一种方法实际上是不断增加装机容量的模式，也是目前普遍采用的电力工业发展模式；第二种方法本质上是储能模式。储能调峰技术近年来得到学术界与工业界越来越大的兴趣与关注。从蓄电池储能，到飞轮储能、超级电容储能、压缩空气储能等，新技术层出不穷。为此有必要对不同储能方法的特性作一个比较。图1为各种储能方式的能量与功率容量比较，不难发现压缩

3、空气储能的功率范围最大，储能容量很图2各种储能方式电价比较大。件，其中约400件是2000年以来的专利，2008年达到图2为各种储能方式电价比较，可以看到调峰水53件，2011年也有40余件。可见压缩空气储能技术电站储能电价最低，而压缩空气储能电价是仅稍高于已是研究发展的热点。目前国际上公认储能装置至调峰水电站储能模式。少要占发电装置总装机量的10%，以此测算我国至少从储能效率来看，各类蓄电池及超级电容的效率需要1亿千瓦的储能装置，可见其市场容量很大，无最高，一般在97%以上；飞轮也是高效储能装置，效率疑是一个很有发展前途的新兴产业。在95%以上；水库储能发电的效率最低，一般仅有从本

4、期起，笔者将通过对国内外若干关键发明专50%~60%；压缩空气储能效率可以达到90%以上。利的追溯，重点介绍近10年来压缩空气储能技术的压缩空气储能技术最早可追溯到1871年伊万斯发展。的发明专利。1955年至今，仅美国专利就多达700余收稿日期：2014-01-242液压蓄能器效率问题作者简介：张国贤（1945-），男，博士，教授，博士生导师，长期从事流体压缩空气储能技术在液压领域早有广泛应用，即传动与控制方向教学与科研工作。2014年3月张国贤：压缩空气储能系统第57页液压蓄能器。在液压系统中，液压蓄能器可用以抑制关），似乎可用输出功率与输入功率之比来表示，然而液压泵的流量脉动，

5、也可以用作辅助油源。当液压蓄必须看到，这种表达方式对于纯机械装置、液压装置，能器用以抑制流量脉动时，必须考虑蓄能器的动态特还是电气装置一般是合理的，因为输入与输出几乎是性，20世纪80年代，上海交通大学严金坤教授研究了同时发生的，某一时刻的效率是指该一时刻的输出功液压蓄能器频率特性的测试方法，但没有涉及蓄能器率与输入功率之比，其物理意义是明确的，但对于液效率问题。然而当液压蓄能器用作辅助油源时，必须压蓄能器则不同，蓄能过程完成以后某一时刻才开始考虑蓄能器的效率问题。在20世纪90年代，上海大将压缩空气能转换成液压能的过程，也就是能量的输学的黄谊教授展开了蓄能器效率测试及提高蓄能器入与

6、输出过程不是同时进行的，因此再用“某一时刻效率的研究。的效率是指该一时刻的输出功率与输入功率之比”的在国内外的大学教材和液压设计手册中，找不到定义就缺乏清晰的物理意义。笔者提出一种物理意液压蓄能器效率的定义及测试方法。笔者前些年在义比较清晰的定义为：蓄能器的瞬时效率可近似表达日本最大的蓄能器装置公司询问过二位液压博士，结为瞬时输出功率与平均输入功率之比。果也知之甚少，该公司对蓄能器产品也不做效率测试。然而无论纯机械装置、液压装置，还是电气装置，效率是不可或缺的重要产品性能指标。随着液压蓄能器在汽车制动能回收系统研究开发应用，蓄能器效率问题就显露出来了，没有高效的蓄能器，就难以实现液压

7、混合动力汽车的产业化。近年伊顿、派克、力士乐等国际著名液压公司都在研发液压混合动力汽车，然而那么多年过去了，尚未能如预期的那样形成一个令人鼓舞的庞大市场，其中一个瓶颈就是液压蓄能器的效率问题尚未得到有效突破。图3为液压混合动力汽车制动能回收系统，其制动能回收率高达71%。但该原理图中隐含了二个问图3液压混合动力汽车制动能回收系统题，一个问题是液压泵/液压马达效率分别取为93%和92%，但这仅仅是在额定工况下的最高效率，一旦3压缩空气储能的基础理论转速或排量