压缩空气含水层储能系统设计及可行性分析

要针对地下 部分进行 压缩 空气 储 能系统 设计．地 下 系 统部分 主要 包 括初 始 气囊 的形成 以及储 能 释 能 的循 环 ，利用数值 模拟 的方法对 初始 气囊 的形 成及 系统储 能释能循环 过程 中压 力 、气 相饱和度 等进 行分析．
ｉｎｉｔｉａｌ ｇａｓ ｂｕｂｂｌｅ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｄａｉｌｙ ｃｙｃｌｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ
试 验 也表 明含 水 层 可 以作 为 压 缩 空 气储 能 的 “储 气
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ
２０１８０４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８７５，Ｃｈｉｎａ）
地 层埋深 ８００ ｍ、渗透率 ０．５×１０ ｍｚ的压缩空气地下 含水 ＴＯＵＧＨ２；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
层储 能模 型 ，对初 始气 囊及 系统循 环 过程 中压 力 、气相 饱 和
度 、系统循环次数 等参数进行分析．结果 表 明：经历 完整一 次
循环 后 ，地层 中压 Baidu Nhomakorabea 和气相 饱和 度变 化较 小 ；随着 循环 的继
库”，如果 采用 地 下 含 水 层作 为 “储 气 库 ”，就 可 以大 大地 减少 压缩 空气储 能 所受 到 的地质条 件 限制．
选择地下含水 层作 为压缩 空气储 能 的储气 库 ，主
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｎｃｅｐｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ａｉｒ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ａｑｕｉｆｅｒ（ａｔ ａ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ８００ ｍ ａｎｄ ｗｉｔ ｈ ａ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ０．５× １０一 ｍ ） ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ。 ｇａｓ ｐｌｕｍｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｃｙｃｌｅ ｔｉｍｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈ ｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ
压 缩 空气 含 水 层 储 能 系统 设 计 及 可 行 性 分 析
郭朝斌 ，张可倪 ，李 采
（１．同济大学 机械与能源工程学院 ，上海 ２０１８０４；２．中国地质环境监测院 ，北京 １００８７５）
摘 要 ：采用数值模拟方法 ，以 ３ ＭＷ 储 能规模 为例 ，建立水平 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｏｍｐｒｅｓｓ ｅ ｄ ａｉｒ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ； ａｑｕｉｆｅｒｓ；
第 ４４卷第 ７期 ２０１６年 ７月
同 济 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） Ｊ０１ｊＩｉＮＡＩ．ＯＦ ＴＯＮＧＪＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎ．Ａ，ｒ呲 ＳｃＩＥＮＣＥ）
ＶＯ１．４４ Ｎｏ．７ Ｊｕ１．２０１６
文 章 编 号 ：０２５３—３７４Ｘ（２０１６）０７—１１０７·０６
ＤＯＩ：１０．Ｉ１９ｏ８／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３—３７４ｘ．２０１６．０７．０２０
中图 分 类 号 ：ＴＫＯ２
文献 标 志 码 ：Ａ
来建造大型储气库 ，如岩石洞穴 、盐洞 、废弃矿井等 ，
Ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ 这大 大 限制 了压 缩 空气 储 能 的应 用 范 围ｌ＿２］．地 下 水
含水 层作 为二 氧化 碳地 质封 存 和天 然气 地 下储 存 的
时 ，用 电 能驱 动 压 缩 机 将 空气 压 缩 并存 于储 气 容 器 内 ，在 释放 能量 时 ，高压 空气从 储 气 室释 放进 入 燃 烧 室助 燃 ，燃 气膨 胀驱 动涡 轮做 功发 电－１］．
关键词 ：压 缩空气储能 ；含水层 ；ＴＯＵＧＨ２；数值模 拟
但是 ，大规 模 的储 能 系 统 需 要 特 殊 的 地 质 条 件
压缩空气储 能是基于燃气轮机的储能技术 ，其
续 ，地层 中可供储 能 释能循 环 的有效 气相 体积 缓慢 减 少 ；周 原 理 是 将 燃 气 轮机 的压 缩 机 和 涡 轮机 分 开 ，在 储 能
循 环过程压力变化 范 围较大 ，对储 能 系统 要求 较 高．含 水层 作为储气库进行压缩空气储 能具有可行 性 ，应根据 实际地 质 条件进行相应 系统设计．
ａｆｔｅｒ ｃｙｃｌｅ ｉｓ ｃｅａｓｅｄ． Ｔｌｌｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｄａｉｌｙ ｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｗｅｅｋｌｙ ｃｙｃｌｅ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｗｅｅｋｌｙ ｃｙｃｌｅ ｎｅｅｄｓ ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ． Ａｑｕｉｆｅｒｓ ａｓ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ ｆ ｏｒ
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ａｉｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ
介质 被 广 泛 应 用 ，证 实 含 水层 可 以对 气 体进 行 有 效
Ａｑｕｉｆｅｒｓ
储存 ［３］，而且 含水 层分 布广 泛 ．国外 一些 初 步 研究 和
ＧＵＯ ＣｈａｏｂｉｎＩ。
Ｋｅｎｉ１。ＬＩ ｉｚ
压缩 空气 储 能 的 第 １个 专 利 于 １９４９年 在 美 国
ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇ．Ｍａｋｅ—ｕｐ ｇ ａ ｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｊｅｃｔｅｄ ｉｎｔｏ ｇａｓ ｂｕｂｂｌｅ 问世 ，经历 了长 达半 个世 纪 的实 践 和探 索 ，由于受 地
ｄｕｒｉｎｇ ｄａｉｌｙ ｃｙｃｌｅ ｏｒ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ａｎｏｔｈｅｒ ｇａｓ ｂｕｂｂｌｅ ｉｎｉｅｃｔｉｏｎ
１ 研 究 现 状 与 进 展 ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔ ｈ ａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｓｍａｌｌ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ａｎｄ ｇａｓ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｅａｃｈ ｄａｉｌｙ ｃｙｃｌｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｇａｓ ｖｏｌｕｍｅ ｉｎ ｇａ ｓ ｂｕｂｂｌｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｃｙｃｌｅ