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【科技动态】水下压缩空气储能国内外最新研究进展

在 2020-04-15 发布

加拿大研究人员在水下压缩

空气储能方面取得新进展

发布日期：2019.3.23

文章作者：Mehdi Ebrahimi

文章名称: Conventional and advanced exergy analysis of a grid connected underwater compressed air energy storage facility. Applied Energy(2019)

技术突破：加拿大多伦多建成了首个水下压缩空气储能示范工程，本研究对该系统开展了㶲分析，研究得到该系统的㶲损率为47.1%，理论的不可避免的㶲损失为15.9%。

应用价值：水下压缩空气储能系统非常适合在海洋环境中运行，并且其规模可以随深度增加而扩展。2015年，Hydrostor公司在安大略湖实施了第一个并网UWCAES系统。

开发单位：加拿大温莎大学 Rupp Carriveau

加拿大Hydrostor公司 Andrew McGillis

水下压缩空气储能系统（UWCAES）中空气被压缩并存储到水下容器中（蓄能器），其安装深度即决定了储气压力大小。在海洋环境中，该系统非常灵活，可以随深度增加而扩展规模，同时可以实现恒压压缩与膨胀，相比定容储能系统具有更高的循环效率。

2015年，Hydrostor公司在加拿大的安大略湖实施了第一个并网UWCAES系统。该UWCAES工厂工艺流程图如图1所示。该系统由空气压缩机、储气容器（蓄能器）、输送管道、膨胀机、蓄热器、换热器等六个子系统组成。在充气阶段，压缩机充注6个气球形蓄能器，这些蓄能器锚定在安大略湖离岸约3.6公里和水面以下65米的海床上。空气通过直径为300 mm的输送管道输送至储气容器，最终储存压力约为800kPa，水的静水压使空气蓄能器保持恒定的压力；储能阶段产生的热量被回收并储存在一个7立方米的热罐中，热水箱用25厘米厚的玻璃纤维隔热，以最大限度地减少热损失。在释能时，来自蓄能器的压缩空气通过释能管路返回UWCAES系统，这部分冷空气在进入膨胀机之前，通过板式换热器HX4利用存储的压缩热进行加热，热水箱中储存的热水在进入热交换器之前在电加热器中被进一步加热，最后，电力通过一台700kW发电机发电，然后输送到电网。

本文采用先进㶲分析方法计算了系统各部件的㶲损率。结果表明，系统在实际和理想条件下的㶲损率分别为47.1%和15.9%，这一差异表明，多伦多岛水下压缩空气蓄能电站具有显著的能效提升潜力。

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太原理工大学开展了水下

压缩空气储能系统仿真研究

发布日期：2018年4月

文章作者：任锐鹏，齐向东

文章名称：利用海水底恒压空气储能资源开发设计研究. 计算机仿真(2018)

技术突破：相比于传统CAES系统，利用柔性装置在水下储气；存储和利用压缩热，取消了燃烧器。

应用价值：海上风电储能

开发单位：太原科技大学电子信息工程学院齐向东

该海水底恒压空气储能系统是在传统 CAES 系统基础上进行的改进: 一方面，将储气环节装置替换为一种柔性恒压储气装置。该装置优点在于充分利用海水的静压特性从而使该系统柔性储气装置中存储的压缩空气压力恒定，因而可以恒压储气、供气，进而使压缩机出口压力保持稳定，同样可以使透平机入口压力保持稳定。这样，压缩机、透平机可以长时间工作在额定工况，有效避免导致压缩机、透平机效率恶化；另一方面，将燃烧室替换为蓄热 /换热系统，即压缩过程利用储热罐将压缩过程的热量储存起来，对进入透平机前的空气进行预加热，提高系统效率的同时，减少一定的环境污染。

本文利用 Aspen Plus 软件对改进后的该系统压缩机、透平机、储气室、蓄热环节进行建模仿真分析，得出系统效率、散热损失与换热器效能、总压比的关系曲线，及储气包体积、能量密度与压力、透平初温的关系曲线。通过对仿真曲线的分析，显示出了这一改进后系统的有效性。热力学仿真分析结果显示较传统 CAES 系统效率提高 2% ～ 5% ，且减少了环境污染，达到预期设计效果。对可再生能源的规模化发展以及大规模储能的发展有一定的参考性。

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图2 海水底恒压空气储能系统

发电示意图

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