压缩空气储能关键技术及应用展望详解
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
压缩空气储能关键技术 及应用展望
梅生伟 清华大学电机系 电力系统国家重点实验室 2015年12月8日
一、研究背景 二、研究现状 三、压缩空气储能系统(TICC500 ) 四、应用前景展望
2 / 59
1.1 大规模储能技术的研究意义
国家战略需求：大规模可再生能源持续开发和利用
现状与挑战
中国风电、光伏装机容量世界第一 八大风电基地，在世界上：
1.2 大规模储能技术的对比
抽水蓄能 • 优势：大功率，大容量，低成本 • 劣势：场地要求特殊
电池储能 • 优势：高能量密度，高效率 • 劣势：寿命限制，环保约束
压缩空气储能 • 优势：大功率，大容量 • 劣势：空气能量密度低,常规CAES 需要天然气补燃
抽水蓄能、电池储能均存在若干局限性，非补燃压缩空气储能（NSF-CAES，nonsupplementary fired Compressed Air Energy Storage）是智能电网的可行选择
平滑可再生能源、调频、黑启动、爬坡支撑 平滑可再生能源、爬坡支撑、输电阻塞缓解、备用 调峰、调频、旋转备用、平滑可再生能源、黑启动
调峰、调频、旋转备用、平滑可再生能源 调峰、供电
9 / 59
德国：1978年，建成了世界上第一个商业性的CAES电厂——Huntorf
储气方式：地下洞穴 装机容量：290MW 储气体积：31万m3 充气时间：8小时 发电时长：2小时
非补燃CAES，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（压缩机出口温度600℃以上） 高温储热，技术难度大
13 / 59
韩国：2011年开始建设内衬岩石洞室储气的补燃式CAES（研究中）
目前，我国还没有投运的压缩空气储能电站。
名称
国 容量(MWh) 功率等级(MW)
储气装置
效率(%)
用途
Huntorf 德 Mcintosh 美 PGECΒιβλιοθήκη BaiduU 美
ATK 美 Texas 美 Apex 美 SustainX 美 NextGen 美 Highview 英 Adele 德
580 2860 3000 0.06 500 33285 1.5 40.5 2.45 1000
系统效率： 46%（含天然气补燃 ） 19%（去除天然气补燃）
每次发电消耗天然气：10万立方米
10 / 59
美国：1991年，建成了世界上第二个商业性的CAES电厂——McIntosh
储气方式：地下洞穴 发电容量：110MW 压缩时间：41小时 发电时间：26小时
系统效率：54%（含天然气补燃） 20%（去除天然气补燃）
4 / 59
1.1 大规模储能技术的研究意义
并网可再 生能源
燃料
排放控制
燃煤（气） 火电厂
氢能发电
核电
生物质能
集中式电 网储能
相邻电网的 HVDC互联
FACTS
智能 变电站
水电
智能 变电站
FACTS
分布式风 力发电
变电站
煤、天然气、氢、生物 质等的燃料运输网络
屋顶光伏
智能计量 计费
CHP/ district
每次发电消耗天然气：35万立方米
11 / 59
英国：2012年启动一个350kW的试验性项目，液态空气储能（研究中）
预计试运行时间：2015年 储能容量：15 MWh 输出功率：5 MW 系统效率：暂无数据
大容量高效低温蓄冷器是其技术难点
12 / 59
德国：ADELE先进绝热压缩空气储能（研究中）
• 并网规模最大 • 输送距离最远 • 电压等级最高
风光电源随机波动性强 年可用风速3000小时，实际利用率
仅为1900小时/年
亟需开展大规模储能技术研究
3 / 59
1.1 大规模储能技术的研究意义
构建坚强的智能电网是我国未来电网的发展方向
1、实现新能源的规模接入 2、提高电网的输送能力和电网的稳定性 3、保障供电安全性、可靠性 4、实现高度信息化、自动化、互动化
290 110 300 0.08
1 317 1.5
9 0.35 200
矿洞31万m3 岩盐层28.3万m3
地下储罐 储气罐 岩洞 岩洞 储气罐 储气罐 储气罐 储气罐
42 54 涉密 涉密 涉密 建设中 建设中 建设中 建设中 建设中
调峰、调频、旋转备用、黑启动 调峰、调频、旋转备用
调峰、调频、旋转备用、平滑可再生能源 电气票据管理、施工现场供电 平滑可再生能源
6 / 59
1.2 大规模储能技术的对比
压缩空气储能 优点
• 不受地理条件限制 • 无资源约束，工作介质为空气 • 环境友好 • 寿命长，设计寿命大于40年 • 冷-热-电三联供，综合效率高
不足
• 储能密度低 • 需要巨大的储气室，选用地下洞穴储气，选址困难
7 / 59
1.3 压缩空气储能的作用
“十二·五”规划中明确指出
“适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，加快现代电网体系建 设，进一步扩大西电东送规模，完善区域主干电网，发展特高压等大容量、 高效率、远距离先进输电技术，依托信息、控制和储能等先进技术，推进 智能电网建设，切实加强城乡电网建设与改造，增强电网优化配置电力能 力和供电可靠性。”
聚纳新能源 • 提高聚纳大规模风力发电和光伏发电系统的能力
削峰填谷 • 在负荷低谷时吸纳多余发电能力，并在高峰时向 电网馈电
增加旋转备用 • 可等效为功率和电压均可调的同步发电系统，且 响应迅速
弃风电力供暖 • 利用CAES的冷热电三联供，通过存储弃风电， 来进行供暖
8 / 59
全世界范围内投运或在建的压缩空气储能电站共10处（投运5处，在建5处）， 装机容量1.26GW（投运435MW, 在建825MW）。
heating
network 智能 传感器
分布式储能
热泵/分布式热电联供
智能 传感器
微型风力发 电机
屋顶光伏
需求侧管理
暖通系统动态 控制
小型储能
插电式混合动力车
储能技术广泛应用于未来智能电网以及能源互联网建设的发电、输电、配电、用电4 大环节，尤其是大规模储能技术是实现构建坚强智能电网的关键之一。
大规模物理储能技术主要是抽水蓄能（受地形、水资源限制）和压缩空气储5能/ 59
梅生伟 清华大学电机系 电力系统国家重点实验室 2015年12月8日
一、研究背景 二、研究现状 三、压缩空气储能系统(TICC500 ) 四、应用前景展望
2 / 59
1.1 大规模储能技术的研究意义
国家战略需求：大规模可再生能源持续开发和利用
现状与挑战
中国风电、光伏装机容量世界第一 八大风电基地，在世界上：
1.2 大规模储能技术的对比
抽水蓄能 • 优势：大功率，大容量，低成本 • 劣势：场地要求特殊
电池储能 • 优势：高能量密度，高效率 • 劣势：寿命限制，环保约束
压缩空气储能 • 优势：大功率，大容量 • 劣势：空气能量密度低,常规CAES 需要天然气补燃
抽水蓄能、电池储能均存在若干局限性，非补燃压缩空气储能（NSF-CAES，nonsupplementary fired Compressed Air Energy Storage）是智能电网的可行选择
平滑可再生能源、调频、黑启动、爬坡支撑 平滑可再生能源、爬坡支撑、输电阻塞缓解、备用 调峰、调频、旋转备用、平滑可再生能源、黑启动
调峰、调频、旋转备用、平滑可再生能源 调峰、供电
9 / 59
德国：1978年，建成了世界上第一个商业性的CAES电厂——Huntorf
储气方式：地下洞穴 装机容量：290MW 储气体积：31万m3 充气时间：8小时 发电时长：2小时
非补燃CAES，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（压缩机出口温度600℃以上） 高温储热，技术难度大
13 / 59
韩国：2011年开始建设内衬岩石洞室储气的补燃式CAES（研究中）
目前，我国还没有投运的压缩空气储能电站。
名称
国 容量(MWh) 功率等级(MW)
储气装置
效率(%)
用途
Huntorf 德 Mcintosh 美 PGECΒιβλιοθήκη BaiduU 美
ATK 美 Texas 美 Apex 美 SustainX 美 NextGen 美 Highview 英 Adele 德
580 2860 3000 0.06 500 33285 1.5 40.5 2.45 1000
系统效率： 46%（含天然气补燃 ） 19%（去除天然气补燃）
每次发电消耗天然气：10万立方米
10 / 59
美国：1991年，建成了世界上第二个商业性的CAES电厂——McIntosh
储气方式：地下洞穴 发电容量：110MW 压缩时间：41小时 发电时间：26小时
系统效率：54%（含天然气补燃） 20%（去除天然气补燃）
4 / 59
1.1 大规模储能技术的研究意义
并网可再 生能源
燃料
排放控制
燃煤（气） 火电厂
氢能发电
核电
生物质能
集中式电 网储能
相邻电网的 HVDC互联
FACTS
智能 变电站
水电
智能 变电站
FACTS
分布式风 力发电
变电站
煤、天然气、氢、生物 质等的燃料运输网络
屋顶光伏
智能计量 计费
CHP/ district
每次发电消耗天然气：35万立方米
11 / 59
英国：2012年启动一个350kW的试验性项目，液态空气储能（研究中）
预计试运行时间：2015年 储能容量：15 MWh 输出功率：5 MW 系统效率：暂无数据
大容量高效低温蓄冷器是其技术难点
12 / 59
德国：ADELE先进绝热压缩空气储能（研究中）
• 并网规模最大 • 输送距离最远 • 电压等级最高
风光电源随机波动性强 年可用风速3000小时，实际利用率
仅为1900小时/年
亟需开展大规模储能技术研究
3 / 59
1.1 大规模储能技术的研究意义
构建坚强的智能电网是我国未来电网的发展方向
1、实现新能源的规模接入 2、提高电网的输送能力和电网的稳定性 3、保障供电安全性、可靠性 4、实现高度信息化、自动化、互动化
290 110 300 0.08
1 317 1.5
9 0.35 200
矿洞31万m3 岩盐层28.3万m3
地下储罐 储气罐 岩洞 岩洞 储气罐 储气罐 储气罐 储气罐
42 54 涉密 涉密 涉密 建设中 建设中 建设中 建设中 建设中
调峰、调频、旋转备用、黑启动 调峰、调频、旋转备用
调峰、调频、旋转备用、平滑可再生能源 电气票据管理、施工现场供电 平滑可再生能源
6 / 59
1.2 大规模储能技术的对比
压缩空气储能 优点
• 不受地理条件限制 • 无资源约束，工作介质为空气 • 环境友好 • 寿命长，设计寿命大于40年 • 冷-热-电三联供，综合效率高
不足
• 储能密度低 • 需要巨大的储气室，选用地下洞穴储气，选址困难
7 / 59
1.3 压缩空气储能的作用
“十二·五”规划中明确指出
“适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，加快现代电网体系建 设，进一步扩大西电东送规模，完善区域主干电网，发展特高压等大容量、 高效率、远距离先进输电技术，依托信息、控制和储能等先进技术，推进 智能电网建设，切实加强城乡电网建设与改造，增强电网优化配置电力能 力和供电可靠性。”
聚纳新能源 • 提高聚纳大规模风力发电和光伏发电系统的能力
削峰填谷 • 在负荷低谷时吸纳多余发电能力，并在高峰时向 电网馈电
增加旋转备用 • 可等效为功率和电压均可调的同步发电系统，且 响应迅速
弃风电力供暖 • 利用CAES的冷热电三联供，通过存储弃风电， 来进行供暖
8 / 59
全世界范围内投运或在建的压缩空气储能电站共10处（投运5处，在建5处）， 装机容量1.26GW（投运435MW, 在建825MW）。
heating
network 智能 传感器
分布式储能
热泵/分布式热电联供
智能 传感器
微型风力发 电机
屋顶光伏
需求侧管理
暖通系统动态 控制
小型储能
插电式混合动力车
储能技术广泛应用于未来智能电网以及能源互联网建设的发电、输电、配电、用电4 大环节，尤其是大规模储能技术是实现构建坚强智能电网的关键之一。
大规模物理储能技术主要是抽水蓄能（受地形、水资源限制）和压缩空气储5能/ 59