一種新型抽水壓縮氣體蓄能系統(tǒng)

1、帶加熱裝置的恒壓抽水壓縮氣體儲能系統(tǒng)熱力分析帶加熱裝置的恒壓抽水壓縮氣體儲能系統(tǒng)熱力分析王峰，王煥然，李瑞雄（西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，陜西西安710049）（聯(lián)系電話：13709185897，Email:@stu.xjtu.）摘要摘要：在間歇性可再生能源越來越受到重視的情況下，電能的存儲在平衡負(fù)載中起著越來越重要的作用。本文針對中國干旱缺水地區(qū)風(fēng)電大規(guī)模儲存問題，結(jié)合壓縮空氣與抽水蓄能系統(tǒng)的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了一種恒壓抽水壓縮氣體儲能系

2、統(tǒng)，并對該儲能系統(tǒng)進(jìn)行了熱力學(xué)分析及?分析。在熱力學(xué)分析中重點(diǎn)研究了預(yù)置壓力、水氣共容壓力容器容積、水氣比對該儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率的影響，得到了預(yù)置壓力、水氣共容艙容積、水氣比對該儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率的影響規(guī)律。?分析中，研究了各單元的設(shè)備的?效率。研究結(jié)果對解決當(dāng)前新能源利用問題提供的一種具有吸引力的解決方案。關(guān)鍵字：壓縮空氣儲能；抽水蓄能；熱力學(xué)分析，?分析0引言隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭，可再生能源受到越來越多的重視。2008年以

3、來中國風(fēng)電、太陽能發(fā)電得到快速發(fā)展，2010年年底，中國風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模已經(jīng)躍進(jìn)世界第一，達(dá)到45GW，2010年太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了爆發(fā)性的增長，全球光伏市場安裝量達(dá)到18.2GW，相較于2009年增長了139%，新增安裝量超過了1500萬kW。但是，由于風(fēng)電和太陽能發(fā)電本身國有的間歇性，以及現(xiàn)有電網(wǎng)的調(diào)峰能力差（低于2%）致使所發(fā)出的電能無法接入電網(wǎng)，2011年中國風(fēng)電風(fēng)量達(dá)27.76億度，可以預(yù)計(jì)，隨著中國風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大

4、，風(fēng)電損失必定會進(jìn)一步增加，因此，迫切需要解決風(fēng)電和太陽發(fā)電入網(wǎng)問題。儲能技術(shù)能夠改善電力系統(tǒng)的供電能力提高能源利用率使系統(tǒng)更加安全可靠[1]。目前，適合大規(guī)模儲能的成熟技術(shù)只有兩種，一種是抽水儲能技術(shù)，另一種是壓縮空氣儲能技術(shù)[23]。這兩種儲能技術(shù)能適用的功率等級和技術(shù)成熟度高，能夠適用于大規(guī)模、超大規(guī)模電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，且均已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用。德國在上世紀(jì)七八十年代就已經(jīng)建立了壓縮空氣儲能電站的示范工程今天仍在安全運(yùn)行。目前，在

5、運(yùn)行的電站有美國的阿拉巴馬州項(xiàng)目和德國的Huntf項(xiàng)目[4]。圖1：抽水壓縮氣體儲能系統(tǒng)的物理模型基于這一原理，本文提出在干旱缺水的任何地區(qū)建立抽水壓縮氣體儲能電站系統(tǒng)的構(gòu)想，采用封閉壓力容器的壓縮氣體人造虛擬水壩，通過控制壓力容器內(nèi)氣體壓力認(rèn)為改變虛擬水壩上下游的落差，其儲能系統(tǒng)由一個(gè)水氣共容的壓力容器、一個(gè)與大氣相連通的封閉水池、一個(gè)電動抽水機(jī)組、一個(gè)水輪機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)組。其系統(tǒng)簡圖如圖2所示：圖2帶加熱的抽水壓縮氣體儲能系統(tǒng)簡圖其

6、工作過程：首先關(guān)閉閥門6、7和9，開啟閥門8，利用氣體壓縮機(jī)對容器充氣加壓至某預(yù)置壓力，關(guān)閉閥門8，此后氣體壓縮機(jī)就不再工作。需要儲能時(shí)，開啟閥門7和9，讓高壓水泵對容器注水，隨著容器內(nèi)水位的增加，水體擠壓容器內(nèi)部的氣體，氣體被壓縮，壓力升高，抽水所消耗的能量也隨之增加，相當(dāng)于充進(jìn)同樣體積的水所要儲存的能量也增大了。當(dāng)氣體被壓縮至目標(biāo)壓力時(shí)，關(guān)閉閥門7和9，儲能結(jié)束。發(fā)電時(shí)，開啟閥門6，此時(shí)高壓水推動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，流經(jīng)水輪機(jī)的水重新