CAES压缩空气储能介绍(1)，caes

一、压缩空气蓄能产生背景：

1我国主要电网峰谷差越来越大，电网调峰问题日渐突出，调峰有赖于蓄能技术的发展。

2在峰谷分时电价体制下，采用合适的蓄能方式可以提高供电质量、调峰填谷，并且保证机组运行的经济性。

二、压缩空气蓄能方式的特点：

目前世界上存在的蓄能技术包括抽水蓄能，压缩空气蓄能，超导电磁蓄能，飞轮蓄能，高效电池蓄能，燃料电池蓄能等方式，与其他蓄能技术相比CAES具有如下优缺点：

优点：1投资少，运行维护费用低

2动态响应快、运行方式灵活

3经济性能高、环境污染小

4占地面积小

缺点：远离负荷中心，需要一定的地质条件。

三、工作原理：

1、蓄能原理：压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，即将不可储存的电能转化成可储存的压缩空气的气压势能并贮存于贮气室中。当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电，满足系统调峰需要。

2、CAES电站工作原理：压气机、电动机、贮气室等组成的蓄能子系统中将电站低谷的低价电能通过压缩空气储存在岩穴、废弃矿井等储气室中，蓄能时通过联轴器将电动机/发电机和压气机耦合，与燃气轮机解耦合;电力系统峰荷时，利用压缩空气燃烧驱动燃气轮机发电，燃气轮机、燃烧室以及加热器等即发电子系统，发电时电动/发电机与燃气轮机耦合、与压气机解耦合。

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一、压缩空气蓄能产生背景：

1我国主要电网峰谷差越来越大，电网调峰问题日渐突出，调峰有赖于蓄能技术的发展。

2在峰谷分时电价体制下，采用合适的蓄能方式可以提高供电质量、调峰填谷，并且保证机组运行的经济性。

二、压缩空气蓄能方式的特点：

目前世界上存在的蓄能技术包括抽水蓄能，压缩空气蓄能，超导电磁蓄能，飞轮蓄能，高效电池蓄能，燃料电池蓄能等方式，与其他蓄能技术相比CAES具有如下优缺点：

优点：1投资少，运行维护费用低

2动态响应快、运行方式灵活

3经济性能高、环境污染小

4占地面积小

缺点：远离负荷中心，需要一定的地质条件。

三、工作原理：

1、蓄能原理：压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，即将不可储存的电能转化成可储存的压缩空气的气压势能并贮存于贮气室中。当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电，满足系统调峰需要。

2、CAES电站工作原理：压气机、电动机、贮气室等组成的蓄能子系统中将电站低谷的低价电能通过压缩空气储存在岩穴、废弃矿井等储气室中，蓄能时通过联轴器将电动机/发电机和压气机耦合，与燃气轮机解耦合;电力系统峰荷时，利用压缩空气燃烧驱动燃气轮机发电，燃气轮机、燃烧室以及加热器等即发电子系统，发电时电动/发电机与燃气轮机耦合、与压气机解耦合。

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四、压缩空气存储空间：

1小/微型压缩空气蓄能电站：管道、大型罐子等压力容器。

2大型压缩空气蓄能电站，三种存储地点：地下盐岩矿内的岩洞、现存矿洞或挖掘成的岩石洞、地下含水的岩石层。

五、CAES蓄能热力过程中能量的转化：

1、理想转化过程

压气机压缩空气蓄能过程当作绝热过程，空气当作理想气体，则此过程可逆，压缩过程中工质的熵值为常数不变，因此理想绝热压缩过程为等熵压缩过程。因为在实际应用中，压比高达70倍以上，最大温度高达1000K以上，这对于存储空间来说是不可接受的，因此必须把进入存储空间之前的高压、高温气体降温，所释放热量可以被热能存储设备保存起来，在利用压缩空气发电时用来加热压缩空气。气体在理想过程中的T-S图如下，其中1-2为等熵压缩过程，2-3为等压冷却过程，冷却到贮气室温度，3-4为等压加热过程，4-5为等熵膨胀过程。

1、实际转化过程

实际过程与理想过程相比，主要有以下几方面的差异：一是空气在压气机中压缩不是理想的等熵过程，它们与理想循环的差异分别用压气机效率来衡量;二是实际循环中工质不再视为比热不变的理想气体，其比热将随温度和组分的变化而改变;三是在工作的过程中进、排气过程有压损，储气室中有压损。因此，整个系统的存储效率在65%左右，最高可到70%。

六、CAES发电系统热力过程：

1、理想热力过程

在发电子系统中，包括三个热力过程：

1)等压加热及燃烧过程：燃烧过程是在燃烧室中完成的，从储气室出来的高压气体吸收喷入燃烧室的燃料释放的热量，燃烧过程的结果是使工质吸收了外界加入的热量，而没有与外界发生机械功的交换。

2)绝热膨胀过程：此过程在透平中完成，过程中工质状态参数也将按绝热过程的规律进行变化。

3)等压放热过程：透平出口空气通过向大气环境放热来完成。

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理想热力过程可以用压容图(p-v)和温熵图(T-s)来表示，如下图中2’-2-3，3-4，4-1曲线部分。

2、实际热力过程

发电子系统实际热力过程中，影响因素主要有燃烧室的燃烧效率，燃气透平的等熵膨胀效率，还有反映流动过程压力损失的性能参数(如燃烧室压力损失系数)等。

七、CAES电站的发展趋势：

1、改进燃气轮机循环，应用回热技术。

2、应用联合循环技术。

3、机组和电站的大型化、自动化。

4、用于分布式能量系统及热、电、冷联供，应用微型、小型燃气轮机组成的微型或小型CAES电站，可在投入较少的情况下，调节峰谷差，保证供电质量。

5、进一步发展存储空间。

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