含水(shui)層壓(ya)縮空氣儲能在理論上是(shi)可行的(de)(de)(de),在技術上是(shi)可實現的(de)(de)(de)和(he)可借鑒的(de)(de)(de),在經濟(ji)和(he)推(tui)廣上是(shi)可進行商業化的(de)(de)(de)。其(qi)(qi)是(shi)指利用分布式清(qing)潔(jie)能源(如(ru)風能、太陽能等)產生的(de)(de)(de)多余電(dian)(dian)量使(shi)空氣以高(gao)(gao)壓(ya)的(de)(de)(de)狀態儲存在地下含水(shui)層孔隙介(jie)質中(zhong),在需要(yao)供電(dian)(dian)時,重新抽采高(gao)(gao)壓(ya)空氣進行發電(dian)(dian),其(qi)(qi)系統模型如(ru)圖 1
1)初始(shi)氣(qi)(qi)(qi)囊(nang)建造過程(cheng): 為(wei)向(xiang)選定(ding)(ding)的(de)(de)(de)目標(biao)含(han)(han)(han)水(shui)層介質中注入一(yi)(yi)定(ding)(ding)量的(de)(de)(de)緩沖(chong)氣(qi)(qi)(qi)體(空(kong)氣(qi)(qi)(qi),氮氣(qi)(qi)(qi),CO2等(deng)),緩沖(chong)氣(qi)(qi)(qi)體注入含(han)(han)(han)水(shui)層后(hou)會形成(cheng)一(yi)(yi)個(ge)大(da)的(de)(de)(de)初始(shi)氣(qi)(qi)(qi)囊(nang),氣(qi)(qi)(qi)囊(nang)的(de)(de)(de)作用主要是為(wei)后(hou)續工(gong)作氣(qi)(qi)(qi)體提供壓力支持和(he)防止水(shui)涌發(fa)生(sheng);根據美國Iowa計劃的(de)(de)(de)前期調查報告,初始(shi)階(jie)段注入含(han)(han)(han)水(shui)層中的(de)(de)(de)緩沖(chong)氣(qi)(qi)(qi)體量應該為(wei)循(xun)(xun)環(huan)過程(cheng)中空(kong)氣(qi)(qi)(qi)量的(de)(de)(de)10-100倍(bei)。 2)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)釋能(neng)(neng)階(jie)段: 為(wei)根據儲(chu)(chu)能(neng)(neng)規模(mo)和(he)調峰工(gong)作制(zhi)度通過工(gong)作井向(xiang)選定(ding)(ding)含(han)(han)(han)水(shui)層中循(xun)(xun)環(huan)注入-儲(chu)(chu)存-抽出壓縮空(kong)氣(qi)(qi)(qi),工(gong)作氣(qi)(qi)(qi)體的(de)(de)(de)循(xun)(xun)環(huan)周期一(yi)(yi)般為(wei)日(ri)循(xun)(xun)環(huan)或(huo)者周循(xun)(xun)環(huan)。
在(zai)工程實(shi)踐方面,1980年開(kai)始,美(mei)國(guo)能(neng)源部在(zai)美(mei)國(guo)伊利諾伊州的(de)匹茲菲(fei)爾德開(kai)展了向某含(han)(han)(han)水(shui)層(ceng)(ceng)注入(ru)和抽提(ti)空(kong)氣(qi)(qi)的(de)試驗,結果表明空(kong)氣(qi)(qi)注入(ru)到(dao)含(han)(han)(han)水(shui)層(ceng)(ceng)中(zhong)可(ke)以以一定規(gui)模進行能(neng)量的(de)儲(chu)(chu)存,井的(de)設計對(dui)于提(ti)高能(neng)效非常重要。2006年,美(mei)國(guo)能(neng)源部計劃在(zai)Iowa背(bei)斜(xie)系統的(de)含(han)(han)(han)水(shui)層(ceng)(ceng)建(jian)立270MW規(gui)模的(de)壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)(qi)地(di)質儲(chu)(chu)能(neng)電站,但由于目(mu)標含(han)(han)(han)水(shui)層(ceng)(ceng)滲透性的(de)問題(ti),暫時停止(zhi)了該項目(mu)。2013年,美(mei)國(guo)太平洋(yang)西北實(shi)驗室的(de)研究人員評價了太平洋(yang)西北地(di)區(qu)進行含(han)(han)(han)水(shui)層(ceng)(ceng)壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)(qi)儲(chu)(chu)能(neng)的(de)可(ke)能(neng)性。此(ci)外,美(mei)國(guo)也在(zai)進一步實(shi)施利用(yong)地(di)下孔(kong)隙(xi)介質的(de)PG&E 300MW和Nebraska 100-300MW的(de)壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)(qi)儲(chu)(chu)能(neng)示范計劃。
含水層(ceng)壓縮空氣儲(chu)能適宜(yi)性(xing)評估技術
含水層壓縮空(kong)氣儲能(neng)地下(xia)全(quan)過程模(mo)擬技術
地下儲氣空(kong)間改(gai)良技術
先進耦(ou)合儲能優化技術
習(xi)總書記多次強(qiang)調中國力爭在2030年(nian)前二氧化碳排放達到峰(feng)值,2060年(nian)前實現(xian)碳中和(he)的目(mu)標。
公(gong)開(kai)數(shu)據顯示2020年下半年至今已經有(you)36個一(yi)體化項目簽約落地(di),規(gui)劃(hua)總(zong)規(gui)模近(jin)85GW,投資總(zong)額超過3700億,包(bao)括(kuo)風(feng)(feng)光水火儲、風(feng)(feng)光儲等。因(yin)此大規(gui)模儲能的(de)發(fa)展(zhan)潛力(li)和(he)市場空(kong)間在我(wo)國十(shi)分巨大。
近(jin)日出臺的我(wo)國“十四五”規(gui)劃綱要全(quan)文(wen)中著重強調了大(da)力(li)提升風(feng)電(dian)(dian)、光伏發電(dian)(dian)規(gui)模(mo),提升清潔能源的消納和儲存能力(li)。
壓縮空氣儲能技術儲能規模(mo)的(de)(de)關鍵在(zai)于儲氣庫的(de)(de)選擇,利(li)用(yong)地(di)下(xia)(xia)空間進行儲能的(de)(de)壓縮空氣地(di)質(zhi)儲能系(xi)統工(gong)作(zuo)時間長,可以持續工(gong)作(zuo)數(shu)小時,甚至(zhi)可實現電能跨季度存儲。目前,地(di)下(xia)(xia)儲氣庫的(de)(de)選擇主要有(you)地(di)下(xia)(xia)鹽穴、含水層和廢棄礦洞。
截至 2020 年底(di),已有18 個省市出(chu)臺了鼓勵或要求新能(neng)源配儲(chu)能(neng)的有關文件,配置儲(chu)能(neng)的比例從 5%到 20%不等。
抽(chou)(chou)水(shui)蓄(xu)能(neng)和壓縮空氣(qi)儲(chu)能(neng)(CAES)是(shi)國(guo)際上比較認(ren)可的儲(chu)能(neng)技(ji)術。相(xiang)比抽(chou)(chou)水(shui)蓄(xu)能(neng)來說,壓縮空氣(qi)儲(chu)能(neng)具(ju)有(you)投資少、運(yun)行(xing)維護費用(yong)低、占地(di)面積小(xiao)、環(huan)境影(ying)響(xiang)小(xiao)、動態響(xiang)應快、運(yun)行(xing)方式靈活、能(neng)效高(gao)等有(you)利特點(dian)。
風能、太(tai)陽能等該類新能源發電(dian)具有間歇性和隨機性,電(dian)力(li)系統調(diao)(diao)峰能力(li)不足,調(diao)(diao)度(du)運行(xing)和調(diao)(diao)峰成本補償機制不健全。
德國的(de)(de)Huntorf(290MW,圖2)和美(mei)國的(de)(de)McIntosh(110MW,圖3)兩個(ge)利(li)用地下鹽(yan)穴的(de)(de)壓(ya)縮空氣(qi)儲能(neng)電(dian)(dian)站已經商業運行了幾(ji)十(shi)年,其是在(zai)風力(li)發電(dian)(dian)廠的(de)(de)基(ji)礎上接入儲能(neng)系統(tong)設備,能(neng)夠很好的(de)(de)根據實(shi)際電(dian)(dian)量峰值需要進行調(diao)節,取得了較好的(de)(de)經濟效益。
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