深冷液化空气储能技术

发电机
电能返回电网
•换热/冷、储热/冷、 汽化器
•级间加热的膨胀机
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深冷液化空气储能系统—系统计算
输入 功率
7.7MW
压力 温度 状态
1bar 15℃ 气态
主压缩机
空气 净化
输入 功率
12.4MW
循环 压缩机
储热罐
液化组件
液态空气 储罐
G 低温泵
级间加热
深冷储罐
气化器
输出 功率
12.5MW
G
膨胀透平
➢每年可以产生1892万元电费收入
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深冷液化空气储能系统—维护与消防设计
系统维护说明
➢ 液化空气储能每天夜间谷电时间储电，转化为液态空气，白天峰电 时间放电，采用自动控制，安全可靠，运行维护量小。
➢ 运行人员可以由风光储输示范基地运行人员兼职。 ➢ 运维人员只需对压缩机、膨胀机等设备进行日常巡视检查。 ➢ 每3-5年进行系统大修，大修时间10-15天左右。主要设备随系统大
液流电池
20-70
70%~80% 0.5-10 8—10
较好
5000-8000
钠硫电池
150-300 75%~85% 0.5-30 8—10
பைடு நூலகம்
一般
1500-3000
抽水蓄能和压缩空气储能是满足大规模调峰的能量型储能技术。
抽水蓄能受限于地理条件和水资源的约束；压缩空气储能技术正
向高效、低成本、无地理条件限制的方向发展。
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深冷液化空气储能系统—经济性效益分析
深冷液化空气储能的作用主要体现在提升电力系统调峰能力 与消纳弃风电。 经济效益
➢弃风电消纳的节电效益 ➢降低电力系统峰谷差，提高电力系统经济性 ➢增加电力系统调峰能力，产生显著节煤效益
效益分析
按照每天12.5MW机组发电8小时计，电费取风电
电价0.54元/kWh
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压缩空气技术路线比较
传统
燃料补燃提升透平机 入口空气温度和压力， 提升系统效率
先进绝热
储热技术回收压缩余 热取代补燃，保证系 统效率
深冷液化
将空气液化并储存， 同时回收压缩余热和 膨胀余冷，提升系统 效率
• 德国Huntorf电站， 290MW×2h
• 美国McIntosh电站， 110M×26h
✓ 英国曼彻斯特深冷储能 示范工程 •计划 2016 年投 运 ，容 量 5MW × 3h ， 设 计 效 率55%。
英国伦敦深冷储能示范工程实景图
一、储能需求及深冷液化空气储能技术 二、智研院相关工作 三、小结
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深冷液化空气储能系统--技术方案设计
常温空气
空气净化
电网接入
压缩机
制冷机
深冷发电系统的余冷
➢ 调峰约束是影响冀北风电消纳的重要因素。风电呈现明显的反调峰 特性，约30%的风电弃风是由于调峰约束所致。
大规模能量型储能技术是提升电网调峰能力，缓解冀北
电网弃风限电的重要手段。
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多种储能技术性能对比分析
储能方式 储能密度 Wh/L
抽水蓄能
0.5-1.5
压缩空气 铅蓄电池
1.8~6 60-120(液化)
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深冷液化空气储能技术 及智研院相关工作
一、储能需求及深冷液化空气储能技术 二、智研院相关工作 三、小结
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冀北电网储能需求分析
冀北电网新能源分布情况
冀北电网风电反调峰日曲线图
➢ 冀北电网内新能源发电呈高速发展趋势。按照河北省可再生能源发 展规划，2020年，新能源消费量将占终端能源消费总量的30%； 2030年，将达到50%。
60~120
50~70 低压储罐式
0.5~1 （液态空气）
好
140~300
无 12000 (10MW) 4200~8000(>50MW)
深冷液化空气储能技术，空气以低压、低温、液态存储，能量密度 高；低压罐体，安全性好，且不受地理位置限制；预期效率 50%6 ~70%，具有很好的应用前景。
深冷液化空气储能技术-技术原理
功能
• 压缩机：利用绝热式压缩过程，将入口的 常温空气压缩到高温高压的状态
• 膨胀机：利用级间加热的膨胀过程，将高 压空气膨胀降压，并对外输出机械能
选型和设计
优选了离心式、轴流式、以及离心和轴流 复合式等几种主要方案，正在开展深入设计。
主要参数：
压缩机功率：7.7MW和12.4MW（输入） 膨胀机功率：12.5MW（输出）
电能 输入
压缩
制冷
储热系 统
液态空 气存储
汽化
膨胀 电能 输出
净化
深冷存 储系统
空气
空气
入口 充电过程 存储过程 放电过程 出口
空气液化子系统 储热储冷子系统 膨胀发电子系统
深冷液化空气储能技术—示范工程
✓ 英国伦敦深冷储能示范 工程 •建 于 2010 年 ， 容 量 350kW × 7h ， 验 证 了 技术可行性。
安全性 占地
m2/MW 地理条件限制
成本 RMB/kW
传统 100~800 1.8~5.1
40~54 洞穴
7~10 差
1200~5200 有
4000~6000
先进绝热 1~800
3~6
50~70 小规模 高压储罐
大规模 洞穴
3~30 差
600~1300
有 12000~18000
4200~9100
深冷液化 10~300
修进行检验检测
消防设计说明
➢ 本装置火灾类别大部分为丁、戊类，涉及的主要物料有空气、液空 等，主要生产介质为空气，不燃不爆，火险等级较低。
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一、储能需求及深冷液化空气储能技术 二、智研院相关工作 三、小结
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小结
• 大规模能量型深冷液化空气储能技术，可用于 提升张北示范区内电网的调峰能力，对于规模 化接纳新能源电力、缓解弃风限电具有重要意 义。
智研院基于前期的储热等研究工作，初步完成换热器及 深冷储罐的计算分析，正在开展与企业的联合设计工作
深冷液化空气储能系统—占地和造价
张北示范工程深冷液化空气储能装置布置
设备布置
压缩机、膨胀发电机组、储热蓄冷罐体、液化空气储罐、换热器、风
机泵阀和控制保护小室
占地面积约：2000平方米
设备造价：
按照国内外设备造价不同，系统主体造价2~2.5亿
• 智研院目前已经掌握深冷液化空气储能系统的 设计技术、冷热高效利用技术，正在和相关厂 家联合开发关键设备。
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深冷储罐
余冷进入深冷储罐储罐 汽化
换热器
深冷空气
热源输入
透平机
（常温空气或者低品位废热）
低温气体 膨胀机
➢ 完成子系统设计 •空气液化子系统
空气分离 •储热储冷子系统
•膨胀发电子系统
➢ 提出12.5MW × 8h
液化空气进入储罐 的深冷液化空气储能
深冷泵
系统技术方案
➢ 液化空气储罐 完成设备选型
•绝热压缩机
• 在建德国Adele电 站，90MW×4h
• 中国芜湖500KW× 1h 小型样机
• 英国Slough电站， 350KW×7h
• 在建Manchester 电站5MW×3h
• 中国廊坊1.5MW × 1h试验样机
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深冷液化空气储能技术优势
功率MW 能量密度
Wh/L 设计效率%
存储方式
存储压力 MPa
30-100
效率 %
70%-85%
40%~70%
70%~75%
规模 MW
100-1000
1-300
1
寿命 年
40-60
20-40
3—5
安全性 建设投资 元/kWh
高
200-1000
高
300-2000
较好
1000-2000
锂离子电池 100-200
80%~86% 0.5-20
8—10
较好
2000-5000
再热器
压力 1.2bar 温度 29℃ 状态 气态
• 完成系统仿真计算和主参数的设计，验证了流程设计的准确性；
• 考虑了关键设备的耗能、换热器效能、管道压力损失等，完成系统的
效率分析计算；
• 依据国内设备厂家所提供数据，可实现效率为54.5%，冷热综合利用
效率可达60%以上。
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深冷液化空气储能系统—关键设备开发
目前正在开展与GE、西门子等国外厂家的联合设计
深冷液化空气储能系统—关键设备开发
换热器 • 功能：用于高压空气的冷却和膨胀前
端的加热 • 选型：管壳式的换热器，可实现高压
气体的换热过程 深冷储罐
功能：储存气化器出口的冷能，并用于制 冷过程，降低液化功耗 结构设计：采用球状的储冷载体，搭建基 于储冷载体的固定床式储冷换热装置 主要参数：最低存储温度达-150℃