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液化空气储能:大规模长时储能技术的新选择

时间:2024-05-27 03:56:10 作者:行业动态 点击:1 次

  液化空气储能系统压缩后的气体不再进入储气室,而是进入液化单元,变成液态空气进行储存。

  在储能阶段,该技术利用电能驱动压缩机对纯净的常压常温空气进行压缩,并通过蓄热介质存储压缩热,压缩空气流经冷箱进行多级预冷后液化,液态空气以常压低温形态存储于低温储罐中。

  在释能阶段,液态空气经低温泵增压后,经多级升温后汽化,并通过蓄冷器存储液态空气冷量,汽化后的常温高压空气经加热后产生高压高温气体,驱动透平发电机发电。

  据悉,液化空气储能技术基于其安全低碳、不受地理条件限制、寿命长等优越的储能优势,在可再次生产的能源消纳、电网调峰调频、分布式能源和综合能源服务等领域具有广阔的应用前景。

  液化空气储能的储能密度较高,是压缩空气储能的10~15倍,储存容量可达到GW级别;而且空气介质获取不受环境影响,装置运行也不受地理位置的限制。装置占地面积较小,除了配合大电网和各种可再次生产的能源场合应用外,还可以独立应用在分布式电网领域。

  除此之外,液化空气储能技术生产的全部过程无危化品介质,能源产生的过程也不存在化石燃料燃烧等各类化学反应过程,生产的全部过程中无污染物产生和排放,是一套资源整合型、环境友好型和安全可靠型的能源系统。

  液化空气储能技术虽然在储能密度和存储方式等方面具有优势,但目前该储能系统由于在储能过程中空气不能完全被液化,储能过程储存的压缩热在释能过程中不能被完全利用,而导致液化空气储能系统的能量效率低下,这也是其没有被广泛推广应用的主要原因。

  国外学者于20世纪70年代提出液化空气储能技术的概念。随着液化空气储能从概念到已证实的存储技术的迅速转变,特别是在过去十年,科学界对该储能技术的兴趣激增。

  上世纪90年代初,日本日立公司、三菱公司开展了液化空气储能的技术应用研究,但其最终认为该系统循环效率不高,无法产生显著的经济效益,导致该储能技术未能实现应用。

  但近几年,随着科研人员对系统关键参数的深入研究,研究者提出一种新型液化空气储能技术,其循环效率得到一定效果提升。

  国内对液化空气储能技术的研究开发起步较晚,2000年以后,由于面临大容量可再次生产的能源的弃电消纳和削峰填谷问题,液化空气储能作为一种有效的储能技术,开始受到国内学者和研究机构的关注。

  中科院理化所最早开始研究液化空气储能,该团队提出了一种将联合循环发电厂和液化空气储能系统耦合的系统。据悉,该系统能最大限度地回收系统的余热和冷能,实现双向调峰。而且该系统在储能过程中实现低温压缩减少耗功,在放电过程中充分的利用发电站的余热增加输出功。通过热力学分析,该系统效率最高可达99.39%。

  另外,华北电力大学何青教授团队提出了一种液化天然气耦合液化空气储能系统,能提高常规液化空气储能系统的导热油利用率以及循环效率。

  西安交通大学、清华大学、厦门大学、北京科技大学、南京工业大学等也有相应的团队在研究液化空气储能技术。

  在市场化层面,英国液化空气储能技术开发商Highview Power于2011年试制了全球第一台液化空气储能装置样机,紧随其后,一台350kW装置被苏格兰南方能源公司应用于毗邻其80MW生物质热电联产厂的并网中试装置,系统运行验证了液化储能技术的可能性。

  2019年起,Highview公司向外界宣布,经过多年成功的设计和运行经验,相关装置的模块化设计工作也已取得较大成果。目前,Highview Power已经在英国的曼彻斯特、约克郡,西班牙和澳大利亚等地,建成了多个液化空气储能项目。

  2022年4月,中国绿发投资集团有限公司与中国科学院理化技术研究所签署投资协议,双方成立了液化空气储能合资公司和先进储能联合研究中心,致力于实现液化空气储能技术产业化发展。

  公开消息称,中国绿发以青海海西揭榜挂帅项目6万千瓦/60万千瓦时液化空气储能项目为依托,建设国内首台(套)液化空气储能示范项目。目前项目已完成选址、技术方案论证,并通过青海省能源局委托电规总院组织的可研评审,正在办理环评、安评、接入系统批复等前期手续。项目计划2024年投运,届时将变成全球上功率最大的液化空气储能电站。

  2022年12月,河北建投国融能源服务有限公司申报的液态空气储能科技攻关项目“揭榜”成功,被列为河北省省级科技计划项目。

  除此之外,储热行业企业江苏金合能源科技有限公司,也正在试图进入这一市场。

  该公司董事长任爱近日表示,液态压缩空气储能是金合能源应对储电需求来做的技术实践。在传统压缩空气进行储热的基础上,将空气压缩到液态,进一步匹配供电方所需要的长时效、大容量需求。

  与传统的压缩空气储能系统相比,液化空气储能技术实现了以液态空气的储能方式来进行电能存储,并且除了具有压缩空气储能技术所拥有的众多应用优势外,该技术不需要依靠大型的压力存储容器,从而摆脱了地理位置等因素对其在选址建设方面的限制。

  目前看来,国内有不少研发团队致力于液化空气储能技术的研究,但其产业化才刚刚起步。中国科学院理化技术研究所液化空气储能项目产品总监张际义建议,“液化空气储能项目的推进从技术上来说也是在不断的去磨练和成熟,从技术创新走向工程和产品的打磨,更多的要去跟场景结合。”

  由中国光热发电权威媒体商务平台CSPPLAZA、光热发电行业领军企业浙江可胜技术股份有限公司共同主办的2023第十届中国国际光热大会暨CSPPLAZA年会将于6月12日-13日在浙江杭州盛大召开。