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【中国科学报】压缩空气储能:从追赶到领先的跨越

发布日期:2019-09-02 15:06   来源:未知   阅读:

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。

  储能是解决可再生能源大规模接入、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要,被称为能源革命的支撑技术,是国家大力支持的战略性新兴产业。

  近日,中国科学院工程热物理研究所储能研发中心在国际学术期刊《能源》(Energy)上发表了一项最新研究成果:用计算流体力学的方法建立了压缩空气储能透平膨胀机内部流场三维数值模型,研究了透平膨胀机气动效率和磨损量随叶顶间隙和膨胀比的变化规律,找到了在保证对透平膨胀机效率影响较小的前提下,可显著降低磨损量的最佳叶顶间隙取值范围和透平膨胀机运行工况区间。

  中国科学院工程热物理研究所副所长陈海生研究员告诉《中国科学报》,传统的压缩空气储能技术是一种源于燃气轮机技术的储能系统。在用电低谷,通过电动机带动压缩机将空气压缩并储存于储气室中,使电能转化为空气的内能存储起来;在用电高峰,高压空气从储气室释放,进入燃烧室同燃料一起燃烧,然后驱动透平做功,带动发电机发电。

  然而,陈海生介绍,传统的压缩空气储能技术存在依赖储气洞穴、依赖化石燃料以及系统效率较低等瓶颈问题。

  中国科学院工程热物理研究所高级工程师纪律告诉记者,工程热物理所通过十余年的努力,突破了1~10MW压缩空气储能各项关键技术,于2013年在廊坊建成国际首套1.5MW新型压缩空气储能示范系统,于2016年在贵州毕节建成国际首套也是目前唯一一套10MW新型压缩空气储能示范系统,效率达60.2%,是全球目前效率最高的压缩空气储能系统。

  据了解,新型压缩空气储能技术研发主要有以下三个方面的技术进步:首先,由于气体压缩过程会产生压缩热,通过蓄热技术回收这部分热量再利用,不必燃烧化石燃料提供热量;其次,可以采用压缩空气液化储存或高压气态储存在储气装置中,摆脱对储气洞穴的依赖;此外,通过高效的压缩、膨胀、超临界蓄热及换热,系统集成优化,整体提高系统效率。

  王星等研究人员发现,增大涡轮叶片和壳体之间的叶顶间隙可以减少磨损,然而增加叶顶间隙会增加流动损失。同时,透平膨胀机内部流动三维特征明显,使粉尘运动特征复杂,需要对流场进行研究和组织,实现对部件抗磨损性能的主动优化。为此,研究人员通过耦合纳维—斯托克斯方程和Tabakoff & Grant磨损量半经验公式,建立了透平膨胀机“气—固”多相流三维数值模型,通过求解模型获得了各部件磨损量的分布特征。结果显示,透平膨胀机导叶尾缘、动叶前缘及二者间的轮毂、机匣等部位磨损较严重,建议增强进口过滤,施加防磨涂层等,优化叶片的抗磨损性能。

  陈海生告诉记者,4519香港最快开奖现场。现行的电力系统由原材料、发电、输电、配电和用电这五大价值链组成。“用消费品零售业来做类比的话,就好比原料、生产、运输、分配和消费都有了,唯独没有仓储这个环节。”

  陈海生说,储能技术可将间断、不稳定、不可控的可再生能源发电储存起来,再按照需求平稳、可控地释放,具有平滑波动、跟踪调度输出、调峰调频等功能,可促进可再生能源电力大规模并网,有效解决弃风、弃光问题。

  首先是要继续提高该技术的性能,降低成本。大规模化是压缩空气储能技术的发展趋势,也是其降低成本和提升性能的主要途径。