液态空气储能发电的原理、优缺点、发展环境

3、液态空气储能发电的原理、优缺点、发展环境

（1）原理：

液态空气储能系统的原理是利用价格低廉的谷电，CryoEnergy System吸收环境中的空气，然后将其冷却直至其成为液体，然后存储与低温达-196摄氏度的储藏罐中。用电高峰时再从罐中释放液态空气并升压升温，推动汽轮机发电。从而实现谷电峰用。

具体操作步骤：

1）液化过程。电网夜间富余的电能驱动液化空气装置，使环境中的空气先洁净再压缩，然后通入到换热器中与气液分离器返回的冷空气和蓄冷装置中的冷空气进行换热冷却。被冷却的冷空气依次通过膨胀机和节流阀，降温降压，一部分被冷凝为液体，一部分仍为气体，最后在气液分离器中被分离。从气液分离器上端口出来的冷空气返回到换热器中冷却被压缩机压缩后的空气。

2）能量存储过程。经气液分离器分离后的液态空气从气液分离器下端口流到液化空气储罐中储存，液化过程中消耗的大部分电能被转化成了液态空气的冷能。

3）电力恢复过程。低温储罐中液态空气被引出，经低温泵加压后送入气化换热器中吸热气化。被气化的空气再通入热交换器中，被进一步加热升温、升压。从热交换器中出来的高压气体通到透平中做功，透平与发电机相连，带动发电机旋转发电。

从透平里出来的高温空气依次经过热交换器和气化换热器被冷却，然后流到蓄冷装置中与换热器里被压缩机压缩后的空气换热。因为液态空气的沸点比较低，所以在电力恢复过程中供应给热交换器里低温空气的热量可以是来自于液化过程中的废热或外部环境的热量。

把这个设备建在工厂或电站附近，利用里面的废热加热液态空气，效率可以达到70%。

（2）优缺点：液化空气储能技术的存储容量可达到10～200 MW，相当于大型压缩空气储能容量的一半。可液化空气储能技术的比能为214 Wh/kg，相当于大型压缩空气储能技术的四倍。液化空气储能技术储能的持续时间可达12 h以上，使用寿命为25年，相对较高。液化空气储能的效率为55%～90%，其效率值与整个系统能量能否充分利用息息相关。为了提高液化空气储能系统的效率，就需要选择合适的液化空气储能装置，尽量减少装置运转过程中不必要的能量损失。对于液化过程中产生的废热可以用于电力恢复过程中加热液态空气，使能量得到充分利用，提高了整个循环的效率。对于液化过程用于加热液态空气的热量也可以是环境中的热量和工业中产生的废热。同理，还可以将液态空气气化产生的冷量应用于储能过程中对气态的空气进行预冷，同样也可以提高液化空气储能系统的效率。

（3）我国的发展现状：由中国科学院理化技术研究所、清华大学及中国电力科学研究院共同研制的“500kW非补燃压缩空气储能发电示范系统”在安徽芜湖成功实现励磁发电，完成100kW发电的阶段目标。此次系统发电成功，标志着理化所在大规模储能技术领域的一项重要突破，对推进我国储能产业的发展具有重要意义。

压缩空气储能系统具有储能容量大、电能转换效率高、安全可靠、环境友好等特性，被视为继抽水蓄能电站之后又一种极具潜力的大规模储能系统，其在智能电网建设、大规模可再生能源接入、电网负荷调节以及保障电力系统安全性等方面，具有极大的应用前景。但是目前常规压缩空气储能系统采用燃料补燃的形式，存在系统储能效率偏低、补燃产生排放污染等问题，阻碍了技术的推广应用。

为获得高效、环保的压缩空气储能新流程，中科院理化所、清华大学和中国电力科学研究院在国家电网“压缩空气储能发电关键技术及工程实用方案研究”科技项目的支持下，组建了以理化所热力过程与节能技术研究中心主任王俊杰研究员为首的研究团队，对压缩空气储能系统所涉及的众多研究领域基础问题、关键设备和关键技术进行了系统和深入的研究，创新性地提出了基于双作用和自卸荷的非稳态压缩、热量梯级存储回馈、多级再热膨胀等流程方案。该项目的顺利实施，为发展更大规模绿色化储能系统奠定了坚实的技术基础。