CIES2024|| 中电建河北院董舟:压缩空气储能技术案例分析-中国国际储能大会
2024 03/27 10:14:04
来源:中国储能网

CIES2024|| 中电建河北院董舟:压缩空气储能技术案例分析

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作者:中国储能网新闻中心

  中国储能网讯:3月10-13日,由工业和信息化部节能与综合利用司指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十四届中国国际储能大会暨展览会(简称“CIES”)在杭州国际博览中心召开。

  CIES大会以“共建储能生态链,共创储能新发展”为主题,针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨,分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。

  来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的2011余家产业链供应链企业, 53417位线上注册嘉宾将参加本届CIES大会,储能网视频号线上直播11万人参与观看与交流。其中300余家企业集中展示了储能产品,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证、飞轮储能、液流电池、熔盐储热、压缩空气储能等新型储能全产业链。

  3月10日下午,中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司副总工程师、技术中心总经理董舟受邀在储能电站规划与设计专场分享主题报告,报告题目为《压缩空气储能技术案例分析》。以下为报告主要内容:

  董舟:尊敬的各位领导,各位专家,到会的各位朋友大家好,我来自中国电建集团河北院。最近几年,我们储能市场日益火爆,大家的市场都很好,生意也很好,我们的业务在储能方面的应用也很多,现在最多的是电化学储能,其它还有很多的方向,比如说我们做除了熔盐储能,还包括压缩空气储能、抽水蓄能。

  因为我们院在压缩空气储能方面进入的比较早,这几年有几个项目已经实施了,看看能不能把案例给大家做个介绍,所以我就来做个分享,也做个汇报,也希望通过这次大会向各位专家、向各位同行学习。

  大家都知道在75届联大的时候,总书记向世界承诺了3060的目标。随着目标的确立,我们国家电力能源结构就发生了重大的转变。我国提出了新型电力系统的理念。

  随着风电、光伏的大量接入,新型电力系统碰到了一些核心的问题。两个方面,一个方面,风电光电的不可控,造成了电网失稳的技术风险,第二个方面因为同时大量的引入风光电,火电就要频繁的调整负荷启动,现在市场供给的情况,火电的盈利水平很低,整个电网的经济平衡也很脆弱。实际上要解决这些问题,大家都想了一些办法。大家对这些储能技术方向也很熟悉。物理储能、电气储能、电化学储能,包括我们热储能、化学储能等等种类很多,大家在这些方向上都有投入,各有特点。在座的各位专家对这些技术路线的选择也都有自己的认知。

  总体来说,现在最成熟的或者说规模最大的肯定是抽蓄,还有电化学,它们有两个特点,一个是大,一个是快。我们院除了这两个技术路线以外,在2016年进入了压缩空气储能的领域,在这块也做了一些工作,简单来介绍一下。

  目前对于压缩空气储能,国家没有专门的行业规划,主要是归属于新储能和新能源的总体规划中,最重要的文件是“十四五”的规划,加快新型储能发展的指导意见,以及“十四五”新型储能的发展实施方案。

  加快电力设备装备的发展计划中也提到了压缩空气储能,在这些方面对压缩空气储能都给予了很高的评价。虽然国家方面还没有一个很大的支持力度,但是在各个省,结合各个省电网的情况,也都给予了一些支持。青海对于压缩空气储能的多种技术方案都进行了实验性的立项。第二是山东,山东省现在的储能也是一个乐土,对各项储能都有支持。

  压储,最大的几个特征或者说几个优势,总结了几个方面。

  第一,选址灵活,相对于抽蓄来说,要有上水库、下水库,压储在地形选择上相对比较灵活。我们可以做岩穴,可以做人工洞室,可以做煤矿巷道,也可以做压力容器。

  第二,安全性比较好。压缩空气储能,火灾爆炸的隐患是非常低的。

  第三,寿命长。相比电池的寿命,因为它是物理性的,所以说寿命要更长一些。

  第四,成本相对来说较低。随着压缩空气储能市场逐步做大,规模的逐步提升,成本优势相对来说降幅很大。2017年、2018年还在15000和2万,现在基本上做到了6000上下。

  第五,环境友好。在碳排放这方面有天然的优势,整个产业链都有很大优势的。

  压储在国外的起步是非常早,1870年,国外对于压缩空气的能源利用开始研究,后面不断的衍生出各种形式,也建了不少的电站,大家干这个行业应该都很清楚,两个最典型的案例,一个是德国的,一个是美国的,都没有发展壮大,也没有形成固定的模式。

  国内虽然起步比较晚,但是发展速度还是非常的快。在清华大学、中科院的引领下,科研机构对于这些技术的研究投入了很大的精力,也做了非常多的实验措施,技术现在基本上都已经攻关下来。

  随着技术的完整,整个的产业像华能等发电集团,像电建和能建等这些电力建设集团,也在这个项目上投入了大量的精力,也投入了大量的资源。

  我把我们院做的这些项目抽取了一些典型案例,有一些应用场景也给大家分享一下,主要就是开拓一下思路,看看我们还有哪些地方能有更加适用的地方,给压储技术找到最适合的应用场景。

  第一,乌兰察布的项目。这是我们院在内蒙古的第一个总承包项目,规划容量是10兆瓦×4小时,复合了光热的技术,采用的是地上的储气库方案,也是国内首次采用了槽式光热的耦合储能,实现了压缩空气储能多元耦合方面的尝试和利用。

  化德项目容量是60兆瓦,它采用了地下洞室和地面储气库结合的方式。其他的特点,我们采用了高温的储热换热方案,选用了导热油作为中间介质。我们有中温、高温的,实际上我们还有低温的,这也是压储技术多样化的趋势。

  大同云岗项目是我们院第一个总承包的压储项目,储蓄空间利用了废弃的煤气航道。现在煤炭整顿了很久,有大量的废弃巷道,其中有一些地质条件比较好的空间实际上是可以应用的。

  储气库方面还有一些变化,比如说重力式储气库的压储方案,采用了独特的重力式储气库方案,上面有一个配重,整个地下是储气空间。好处是储气库的利用效率比较高,不像平时有一个死库容,还存在压气波动,重力式相对来说在这方面做的要好一点,压力交变的隐患也比较低,但是电电转换效率现在不太高,但这也是一个方向,现在在研究。

  库布齐项目,库布齐项目容量提高到了现在主流的300兆瓦,配套的是风光基地,有利于整个风光基地风电、光电的输送消纳。

  在利用废弃油气藏上,也可以做一些压缩空气储能的项目,因为油田相对来说比较分散,作为我们各地的分散式动力站、能源站,也是有所益处的。

  山东肥城项目,山东省的储能市场还是非常活跃的,泰安的肥城一直要打造储能之都,地方政府对这方面的支持力度非常大,能建、中科院在这方面也都有项目,电建也开发了一个大型的压缩空气储能电站,在2023年底已经开工。

  工艺技术原理来说,压储理论还是比较简单的,主要是压缩储能系统和膨胀释能系统,还有储热换热,包括我们的储气系统,虽然系统比较简单,但是真正做起来因为是新型的技术,所以说在实施的过程中还是有很多的地方值得大家研究。

  在压缩空气储能技术方面,因为研究的时间相对来说比较长,项目比较多,我把方向归拢了一下,主要在这几个方向上,全能流的仿真优化技术,工艺系统的研究,模块化布置方案,阻力计算、储气库、一体化仿真、收益模式,主要是在集中在这几个方面,简单的给大家说一下。

  对于单一设备的物理,各项的工程方程式都很简单的,可以做起来,就算把这些东西都做起来,串起来,全系统的能流仿真模型也很容易建立,压缩空气储能和火电,和现在的设计有很多的不同,整个的过程不断的在变化。比如说储气,比如说压缩空气储能的过程,随着时间的不同,压力一直在变,温度也在变,因为背压不同,压缩各级的压比也在调整,是一个动态的过程。空气虽然把它简化为理想空气,它还是有它的特性的。这样需要你对它各个状态、各个形态、各个过程整体的平衡要做一个模拟,这样我们才能得到一个热平衡和质量平衡、物料平衡,来指导整体设计。

  我把它归类为全能流的仿真技术,在获得了热平衡和物料平衡之后,对一些工艺设备的选型要做很多的选择和比选。压缩、压比、级数,包括一些参数的选择,我们用高温、中温、低温,涉及到了一些介质的选择,包括储热设施的费用,包括效率高低的问题。这些都属于工艺系统,大家也知道它跟火电不一样的地方,就是因为前端打开空气释能过程,它整个的状态是在变的。为了维持终端的功率,肯定有一些变化。目前来说就是补气或者节流等等,怎么把它做好分析。

  在布置的时候,因为储能一般都在负荷中心,地方都是寸土寸金,如何把它做的工艺流程又短,损失又小,占地又小,也是比较费心思的地方,整体来说做了一些在这方面的工作,我们现在要是做一些压储的电站,现在肯定是可行的。

  我们公司非常重视科技创新,参与了国务院、国资委、河北省、电建集团的一些重点研发课题,获得一些专利和技术成果,在行业交流或者说行业的标准化方面,现在也编了一些标准,目前在编的比较有意义的是压缩空气储能电站的设计规范,压缩空气储能电站初步设计报告的一些编制规程,可行性研究编制规程。

  压储技术除了自己作为一个单独的发电形式,还有很大的益处可以和我们其他的能源系统耦合。比如说最传统的就是燃气发电,和空压机系统做一个耦合。燃气发电里头的一些余热利用,也可以把它作为压储的热量,热量存储起来,提高我们的效率。

  压储的技术可以和生物质质气结合在一起,比如说热量可以为用来维护一些发酵罐的温度,提高整个发酵的效率。生物质气电能调节如何存储,因为电量并不是很大,如何在高时段电价的地方能够创造更大的盈利。火电方向上的应用,因为火电厂有大量的热量,可以结合在一起,实现热电解耦。因为时间我就不再细说了,其实还有其他的,比如说制冷、制热,像乌兰察布的项目和周围的园区,供给了一些热量,并不一定绝热的,可以完全把这个热做成开源的。

  总体来说压缩空气储能的应用场景还有很多,我主要是想介绍一下应用场景,给大家分享一下现在做的工作。大家也知道储气库是它很大的一个包袱,现在完全可以把空气换成二氧化碳,现在我们院也做了一些前端的尝试,后面我们有时间再继续交流,好,谢谢大家。

【责任编辑:孟瑾】