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压缩空气储能系统
 

  大规模、长寿命、高效率、低成本的储能技术是实现可再生能源并网应用、智能电网和分布式供能系统等所急需的新技术,已成为国际能源技术竞争的热点。抽水蓄能和压缩空气储能较为适合大规模储能(100MW级),抽水蓄能电站具有技术成熟、效率高、容量大和储能周期不受限制等优点,是目前广泛使用的电力储能系统。但是,抽水蓄能电站选址非常困难,建设周期很长,投资巨大,破坏生态环境,受到越来越大的限制。 

  压缩空气储能(CAES)电站是上世纪50年代发展起来的一种基于燃气轮机技术的能量存储系统。该系统利用低谷电,将空气压缩并储存于储气室中,使电能转化为空气的内能存储起来;在用电高峰,高压空气从储气室释放,进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧,然后驱动透平发电。目前,德国和美国等国已建成CAES商业运行电站,日、瑞士、俄、法、意、卢森堡、以色列和韩国等也在积极开发CAES电站。传统的压缩空气储能系统不是一项独立的技术,它必须同燃气轮机电站配套使用,不适合我国以燃煤发电为主的现状。而且,压缩空气储能系统依赖燃烧化石燃料提供热源,一方面面临化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁,另一方面其燃烧仍然产生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物,不符合绿色、可再生能源的发展要求。更为重要的是,压缩空气储能系统需要特定的地理条件建造大型储气室,如岩石洞穴、盐洞、废旧矿井等,大大限制了该技术的推广与应用。 

  为了解决传统压缩空气储能系统面临的问题,近年来国内外分别开展了地面压缩空气储能系统、先进的绝热压缩空气储能系统和空气蒸汽联合循环压缩空气储能系统等研究,使系统基本可以脱离化石燃料热源。但是,由于不采用化石燃料作为热源,压缩空气储能系统的输出能量密度变得更低,更加凸显了对大型储气室的依赖。针对上述技术瓶颈,中科院工程热物理研究所在国际上首次提出超临界压缩空气储能系统,该系统具有储能密度高、不需要大的储气洞穴、不受地理条件限制、不需要化石燃料、储能效率高、储能周期不受限制、使用各种电站、对环境友好等优点。 

  研究所压缩空气储能方向的科研基础及成果:储能研发中心在其学术带头人陈海生研究员的带领下,突破了超临界压缩空气储能系统中的宽负荷压缩机、高负荷透平、高效蓄热()/换热器和系统集成等关键技术,获2014年北京市科技进步一等奖;建成了国际首套MW级超临界CAES示范系统,效率优于同等规模CAES,完成10MW级大规模空气储能系统的集成创新,性能达到国际领先水平,入选2013年度中科院重大成果汇编;获批国家能源大规模物理储能研发中心,成为第一个国家级物理储能的研发机构;通过技术许可和技术入股,建成了国内首个压缩空气储能的产业化孵化基地。