压缩空气蓄能系统

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1、压缩空气蓄能（CAES）系统目前，人们能够用来发电的能源，主要有化石燃料、核能、水能、风能、太阳能等。传统的化石燃料产生的污染问题也越来越严重，因此如何高效的利用其它形式的能源亟待我们去解决。由于去年日本福岛核电站的事故，世界上很多国家的人民反对使用核能以防给人类健康带来危害，而太阳能由于其成本太高，目前也没有被广泛采用。此外，由于地理因素，在中国的南方城市，由于水资源相对较丰富，水能的利用逐渐的成熟，但对于西部地区而言，水资源相对贫乏，但由于地方人稀，可以采用风能发电，从而弥补人们对能源的需求。尽管风能是人们所看好的、发展前景相当可

2、观的可再生能源。然而，风能也面临着利用率或效率方面的问题，导致此问题的因素在于风能自身存在的易变性。此外，由于风电场地处偏远地区，且接入点大都分布于电网末端，部分地区电网建设相对滞后、网架薄弱，电网消纳风电的能力有限，造成风电场出力受限情况严重，从而造成严重的风电弃风，浪费了大量的风能。目前我所研究的方向是将风能所产生的电能通过压缩空气蓄能的方式将风能存储起来，然后再把压缩空气的内能通过透平推动发电机发电，从而解决风能发电入网的问题。下面就我所研究的方向及其背景做个简单的介绍。一、我国的风电发展情况我国风能资源丰富，储量32亿千瓦，路

3、上可开发的装机容量月2.53亿千万，二海上风能资源为路上风能资源的三倍，因此，中国可开发的装机容量约为10亿千万，局世界首位，具有商业化、规模化法杖的潜力。1985年中国在海南安装了第一台55KW的进口风机，从此，中国拉开课开发风力资源的序幕。经过21年的发展建设，到2005年年底，中国（除台湾省外）现有并网风电场59座，总装机容量达到了1260万千万。21年来，中国共在60个并网风电场（有一个已停运）安装了1908台风机，其中401台为国产风机，1507台为进口风机。从1997年到2004年，中国并网风电的装机容量始终保持着16%~

4、34%的增长速度，由于基数低，1996年到2004年净增长量仅为707MW；而2005年的增长率达到了64.9%，实现了接近500MW的净增长量。根据国家可再生能源的发展规划，未来5~10年，中国风电仍将持续保持高速增长的发展势头。未来十年内，风电每年以1200~1500万千瓦的速度发展，到2015年达到1.5亿千瓦，到2020年风电装机达到3亿千瓦。二、CAES系统的概念压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，即将不可储存的电能转化成可储存的压缩空气的气压势能

5、并贮存于贮气室中。当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电，满足系统调峰需要。CAES系统包括压气机、电动机／发电机(M／G)、地下贮气室、换热器、燃烧室、燃气轮机(GT)、联轴器(c)等常用设备，可分为两个子系统，分别是蓄能子系统和发电子系统。（如图1）图1：CAES系统概念图三、CAES系统的发展及其应用前景在20世纪90年代开始随着相关技术的逐步完善，以及各国对能源电力质量、环境保护的更高要求，一些国家开始重视此方面的研究工作。目前，世界上只有德国和美国等少数国家建成CAEs示范性电站。世

6、界上第一个CAES电站德国HuntdorfCAES电站机组容量290Mw，其冷态启动至满负荷仅需6min，在25％负荷时的热耗仅比满负荷高211kJ，其排放量仅是同容量燃气轮机机组的1／3。在1978年投产至今二十多年运行实践证明，CAES是一项灵活可靠的技术，可迅速满足各种变负荷的要求，可在短时间钟内完成冷态启动到满负荷过程，有良好的负荷跟踪和频率控制特性，能远距离自动控制。美国Ohio州从2001年起开始建一座2700MW的大型cAEs商业电站，该电站由9台300Mw机组组成[引。另外日本、以色列、芬兰、韩国等国也展开了此方面的研

7、究工作并已在开始建设CAES电站。CAES系统具有运行方式灵活，启动时间短，污染物排放量、运行成本均只有同容量燃气轮机的1／3；可在短时间内以模块化方式建成；投资相对较少，单位蓄能发电容量的投资费用为抽水蓄能电站的一半。特别适合缺乏自然条件建造抽水蓄能电站的电网蓄能等优点，因此CAES具有广阔的应用前景。目前许多国家都有建设CAES系统的计划。除Huntorf和McIntosh的CAES电厂外，日本正在建设35MW的CAES电厂，以色列也在建设一个100MW、利用含水层洞穴储存的CAES电厂。其他正在规划或建设的CAES电厂有：意大利

8、的针对含水岩层的研究用25MW的CEAS发电设施；以色列的研究用硬岩含水层3×100MW的CAES发电设施等。美国NortonEnergyStorageLLC公司正在设计开发另一项目，厂址是0.01km3的石灰岩洞，70