Ülemaailmsel üleminekul puhtale energiale pakuvad erinevad taastuvad allikad, nagu päike ja tuul, tohutut potentsiaali, kuid kujutavad endast ka suuri väljakutseid. Nende katkendlikkus-ajendab ilmast, päevasest-öisest tsüklist ja hooajalistest erinevustest-, mille tulemuseks on sageli kärpimine (energia raiskamine) või võrgu ebastabiilsus. Compressed Air Energy Storage (CAES) on väljakujunenud, suuremahuline lahendus, mis muundab üleliigse elektrienergia säilitamiseks suruõhuks ja vabastab selle vajaduse korral energia tootmiseks, neelates ja kasutades tõhusalt tuule- ja päikeseenergiat, tagades samal ajal võrgu stabiilsuse ja tasakaalu.
CAES salvestab elektrienergiat mehaanilise potentsiaalina, surudes õhku kokku, võimaldades minimaalsete kadudega säilitada tundidest nädalateni. Vajadusel vabastatakse suruõhk turbiinide käitamiseks ja elektri tootmiseks. See tehnoloogia sobib eriti-hästi laiaulatuslikuks-pikaks-ajaliseks salvestamiseks, muutes vahelduva taastuvenergia dispetšeeritavaks ja usaldusväärseks energiaallikaks, mis vastab ööpäevaringsele--elektrivõrgu nõuetele.
Alustehnoloogia ja põhimõtted
CAES-i tuum seisneb gaasi kokkusurumise ja paisumise termodünaamikas. Kokkusurumisel õhk soojeneb ja paisumisel jahtub. Kõrge kasutegur sõltub tõhusast soojusjuhtimisest:
Tavaline (diabaatiline) CAES: Kompressioonisoojus hajub vahejahutite kaudu ja kütust (tavaliselt maagaasi) kasutatakse õhu soojendamiseks enne paisumist. Edasi-tagasi reisi efektiivsus on tavaliselt 40–55%.
Täiustatud adiabaatiline CAES (AA-CAES): Kompressioonisoojus püütakse kinni ja salvestatakse soojusenergia salvestamise (TES) süsteemides,-nagu pakitud kivikihtides, sulasoolas või termoõlis-, et paisumisel uuesti kasutada. Tõhusus ulatub 70%ni või kõrgemale ilma fossiilkütuste tarbimiseta.
Isotermiline/lähedane{0}}isotermiline CAES: Täiustatud soojusvahetid või veepihustid hoiavad kokkusurumisel ja paisumisel peaaegu konstantset temperatuuri, mille teoreetiline kasutegur on arendussüsteemides 80–95%.
Kaasaegsed CAES-jaamad töötavad rõhul 4–7 MPa (40–70 baari) ja toetuvad energia salvestamisel ideaalsele gaasiseadusele. Erinevalt akudest paistab CAES silma pika-kestusega, gigavati-mastaabis rakendustega, mille lagunemine aastakümnete jooksul on tühine.
Peamised seadmed ja komponendid
Tüüpiline CAES-rajatis koosneb:
Kompressorid: mitmeastmelised elektrilised turbo-kompressorid, mis töötavad üleliigse elektrienergiaga, mis survestavad ümbritsevat õhku madala- ja kõrge-rõhuastmega koos vahejahutusega.
Õhuhoidla: maa-alused koopad (soolakuplid, ammendatud gaasiväljad või põhjaveekihid) või-maapealsed suure-tihedusega tehisanumad (nt torumassiivid). Soolakoopaid eelistatakse nende mitteläbilaskvuse ja rõhu-vastupidavuse tõttu 300–1500 meetri sügavusel.
Soojusjuhtimissüsteem(täiustatud konstruktsioonides): soojusvahetid ja TES-seadmed, mis koguvad ja salvestavad survesoojust.
Laiendid/turbiinid ja generaatorid: generaatoritega ühendatud kõrge{0}} ja madalrõhu-turbo-laiendid. Tavalistes süsteemides kasutatakse soojendamiseks põletuskambrit; täiustatud adiabaatilised süsteemid taaskasutavad TES-soojust.
Abisüsteemid: rõhuregulaatorid, kahesuunalised mootorid/generaatorid ja võrguühendusseadmed.
|
Ei. |
Seadme nimi |
Peamine funktsioon |
Tehnilised omadused ja põhimõtted |
Toetav illustratsiooni kirjeldus |
|
1 |
Kompressorid |
Laadimisfaasi-jõujaam: muundab üleliigse elektrienergia suruõhu-potentsiaalseks energiaks |
Mitmeastmelised elektrilised turbo-kompressorid (aksiaal- või tsentrifugaalkompressorid), mis töötavad 4–7 MPa (40–70 baari), mis on varustatud vahejahutite ja soojus{6}}tagastussüsteemidega; Muutuva-kiirusega ajamid võimaldavad kiiret reageerimist taastuvate energiaallikate kõikumistele |
Täielik süsteemi paigutus, mis tõstab esile kompressorrongi |
|
2 |
Õhu säilitamise süsteemid |
Suruõhu pikaajaline-ladustamine (tunnid kuni nädalad) |
maa-alused soolakoopad (sügavus 300–1500 m) või kõrge-tihedus-maapealsete torude{5}}massiivide kohal; mõeldud korduvaks rõhutsükliks peaaegu-null lekkega |
ristlõikediagramm |
|
3 |
Soojusjuhtimise ja soojusenergia salvestamise (TES) süsteemid |
Koguge, salvestage ja taaskasutage kompressioonsoojust, et tagada kõrge-tõhusus ja kütuse-vaba töö |
Soojusvahetid (HX1/HX2), mis on ühendatud TES-meediumiga (keraamilised voodid, sulasool või termoõli), mis salvestavad soojust kuni 600 kraadi; suletud-ahela taastamine saavutab edasi-tagasi-reisi efektiivsuse üle 70 % |
Laadimis-faasi soojuse-voolu skeem + täielik süsteemi integreerimise diagramm |
|
4 |
Laiendajad, turbiinid ja generaatorid |
Tühjendusfaasi-elektrijaam: muundab salvestatud suruõhu elektrienergiaks |
Mitmeastmelised turbo-laiendid (kõrge- ja madal-rõhk), mis on otse ühendatud sünkroongeneraatoritega; täiskoormus saavutatakse vähem kui 10 minutiga ja täiustatud konstruktsioonides pole põlemisheitmeid |
Päris-maailma laiendaja-generaatori paigaldusfoto |
|
5 |
Abisüsteemid |
Tagada tehase ohutu ja tõhus töö ning võrku integreerimine |
Rõhu{0}}juhtklapid, kahesuunalised mootori-generaatorid, SCADA-seire, võrgujaotusseadmed, jahutustornid ja ulatuslikud torustikuvõrgud |
Turbiinihalli sisevaade, mis näitab integreeritud torustikku ja elektrisüsteeme |
CAES-i modulaarne ülesehitus võimaldab sõltumatult optimeerida tihendus-, salvestus- ja laiendamisvõimsust, pakkudes tööpaindlikkust, mis on võrreldamatu paljude teiste salvestustehnoloogiatega.
Tööprotsessid
CAES toimib kahes peamises faasis:
Laadimisfaas (kompressioon).: Suure taastuvenergia toodangu või väikese nõudluse perioodidel juhib üleliigne elekter kompressoreid. Õhk surutakse kokku mitmes etapis (soojeneb), jahutatakse ja süstitakse hoidlasse. Täiustatud adiabaatilistes süsteemides salvestatakse eraldatud soojus TES-is.
Tühjenemise (laiendamise/genereerimise) faas: Kui nõudluse tipud või taastuvad energiaallikad on ebapiisavad, vabastatakse suruõhk, see soojendatakse (kasutades TES-soojust või täiendavat kütust), paisutatakse turbiinide kaudu generaatorite käitamiseks ja väljastatakse jahedama õhuna. Süsteem saavutab täiskoormuse vähem kui 10 minutiga, mistõttu on see ideaalne võrgu tasakaalustamiseks, sageduse reguleerimiseks ja pöörlemisreservide jaoks.
Taimed võivad liikuda iga päev või hooajaliselt väga madala isetühjenemismääraga{0}}. Väljakujunenud kasuliku{2}skaala näited hõlmavad Huntorfi tehast Saksamaal (321 MW, töötab alates 1978. aastast) ja McIntoshi tehast Ameerika Ühendriikides (110 MW, alates 1991. aastast).
Tegelik-maailma juhtumiuuring: 100 MW täiustatud suruõhuenergia salvestamise näidisprojekt
Eduka CAES-projekti elluviimise lipulaeva näitena tutvustab Hiina 100 MW täiustatud suruõhuenergia salvestamise riiklik esitlusprojekt tehnoloogia küpsust ja ulatuslikku rakenduspotentsiaali. See on välja töötatud Hiina Teaduste Akadeemia Tehnilise Termofüüsika Instituudi juhtimisel ja see on maailma esimene 100 MW{4}}klassi täiustatud CAES-jaam ning praegu suurim ja kõrgeima{5}}tõhususega täiustatud CAES-jaam.
Süsteemi konfiguratsiooni üksikasjad:
Mahutavus: 100 MW väljundvõimsus / 400 MWh energiasalvesti.
Tehnoloogia tüüp: täiustatud adiabaatiline CAES (AA-CAES), mis sisaldab superkriitilist soojussalvestust, superkriitilist soojusvahetust, suure-koormuse kokkusurumist/paisumist ja täielikku süsteemiintegratsiooni-, mis välistab täielikult sõltuvuse fossiilkütustest.
Säilitamismeetod: suure-tihedusega tehisõhusalvestid (toru-massiivi disain), suurendades energiatihedust ja vähendades sõltuvust suurtest maa-alustest koobastest.
Tõhusus: edasi-tagasi{0}}reisi efektiivsus 70,4%.
Jõudlusparameetrid: Aastane toodang ületab 132 miljonit kWh, mis on piisav ligikaudu 50 000 majapidamise elektrinõudluse tipptaseme rahuldamiseks; säästab 42 000 tonni tavalist kivisütt ja vähendab CO₂ heitkoguseid umbes 109 000 tonni aastas.
Võtmevarustus: mitmeastmelised kompressorid, turbiinipaisutajad/generaatorikomplektid, superkriitiline TES-termosalvestussüsteem ja kõrgsurvetoru-massiiviga mahutid.
Asukoht: Guyuani maakond, linn, Hebei provints, Miaotani pilvandmetöötluse tööstuspargis; võtab enda alla ligikaudu 5,7 hektarit. Projekt ühendati võrguga-2022. aastal ja on jõudnud äritegevuse ettevalmistamisse.
See projekt demonstreerib meie võimet edukalt ellu viia{0}}mastaapseid CAES-algatusi, taastades kokkusurutud soojust, optimeerides soojusjuhtimist ja kasutades modulaarset disaini, et ületada traditsioonilised piirangud tõhususe, kütusesõltuvuse ja kohavaliku osas. See pakub väärtuslikku tegelikku-tehnilist kinnitust ja skaleeritavat mudelit ülemaailmseks taastuvenergia integreerimiseks.
Kuidas CAES hõlbustab tuule- ja päikeseenergia tõhusat neeldumist ja kasutamist
Tuule- ja päikeseenergia varieeruvus põhjustab sageli elektrienergia ülejääki, mida võrk ei suuda täielikult absorbeerida. CAES toimib ruudustiku "amortisaatorina", lahendades otseselt selle probleemi:
Üleliigse jõu neelamine: Tugeva tuule või maksimaalse päikesekiirguse ajal kasutatakse liigset energiat õhu kokkusurumiseks ja maa all hoidmiseks, vältides õhu piiramist.
Silumine Väljund: CAES lahutab tootmise tarbimisest, vabastades salvestatud energia rahulikel perioodidel või pärast päikeseloojangut, et pakkuda stabiilset ja prognoositavat võimsust.
Võrgu stabiilsus ja integratsioon: selle kiire reageerimine toetab sageduse reguleerimist, pinge juhtimist ja must{0}}käivitusteenuseid. Tuule-päikese-hübriidsüsteemid CAES loovad "virtuaalseid baaskoormusega" tehaseid, vähendades sõltuvust fossiilkütuste-piikidest.
Majandus- ja keskkonnakasu: CAES alandab märkimisväärselt ladustamiskulusid, parandab taastuvate energiaallikate kasutamise määra ja vähendab süsinikdioksiidi heitkoguseid (eriti täiustatud adiabaatilise konfiguratsiooni korral). See on eriti konkurentsivõimeline laiaulatusliku-pika-taastuvate energiaallikate integreerimise puhul.
CAES-i paigutamine koos tuuleparkide või päikesejaamadega optimeerib ülekandeinfrastruktuuri ja võimaldab energiaarbitraaži, võimsusturgude ja abiteenuste kaudu saada lisatulu.
Vaadates tulevikku: CAES kui taastuvenergia elektrijaamade nurgakivi
CAES on oma 1970. aasta algusest arenenud paindlikuks, pikaajaliseks-salvestustehnoloogiaks, millel on gigavatt-tunni-mastaabipotentsiaal. Täiustatud adiabaatilised ja isotermilised variandid välistavad täielikult fossiilkütuste kasutamise, sobides ideaalselt null{5}}eesmärgiga. Selle mastaapsus ja geograafiline kohanemisvõime (sobiva geoloogia olemasolul) võimaldavad vahelduva tuule- ja päikeseressursside muutmist usaldusväärseks ja väärtuslikuks{7}}elektriks.
Edukad projektid, näiteks kinnitavad, et CAES-tehnoloogia on ärilises{0}}mastaabis juurutamiseks täielikult valmis. CAES-i kasutuselevõtuga saab taastuvenergia sektor ületada oma suurima väljakutse-muutused-, kiirendades üleminekut puhtale energiale ning pakkudes kommunaalettevõtetele, tööstusharudele ja kogukondadele kogu maailmas majanduslikku vastupidavust ja energiajulgeolekut. Hiinas ja rahvusvaheliselt käimasolevad projektid näitavad, et integreeritud tuule{5}}päikeseenergia-CAES-elektrijaamad ei ole enam visioon, vaid praegune reaalsus,-mis tarnivad puhast ja edastatavat elektrit alati ja kõikjal, kus seda vajatakse.
