恒壓壓縮空氣儲能技術為發展大規模海上風電鋪路

隨著海上風電的發展，海上儲能技術需求急劇增加。為此，中國科學院工程熱物理研究所儲能研發中心（以下簡稱儲能研發中心）研發了兆瓦級水下恒壓壓縮空氣儲能系統樣機。近期，他們對該系統的儲電和放電過程進行了實驗測試，揭示了儲電過程可再生能源實時消納和放電過程的調節特性。7月24日，最新研究成果發表于Energy Proceedings期刊。

海上可再生能源發電，尤其是風電，已進入規模化發展時期。據國際可再生能源署（IEA）報道，2023年全球海上風電新增裝機7.3吉瓦，累計超過50吉瓦。由于可再生能源具有波動性、隨機性和不可預測性，為了提高供能穩定性，海上儲能需求急劇增加，需要發展經濟、適用、可靠的海上儲能技術。

論文第一作者、儲能研發中心劉長春介紹，水下恒壓壓縮空氣儲能技術利用水下天然恒壓、恒溫的環境優勢，實現恒壓儲能和釋能，能夠穩定壓縮機和膨脹機工作壓力，使其工作在設計點附近，同時避免節流損失，系統效率較恒容系統提高2-5個百分點，儲能密度可達恒容系統3倍以上，具有安全、穩定、高效等特點，是一種非常適用于海上能源保障的大容量儲能技術。除了在海上應用，還可用于對現有采用地下恒容儲氣的壓縮空氣儲能電站進行改造，提高運行效率。

據悉，最近將恒壓壓縮空氣儲能與各種可再生能源相結合的研究激增，但實驗驗證嚴重不足。為突破水下實驗場地和成本限制，儲能研發中心提出了基于深水模擬裝置的恒壓壓縮空氣儲能實驗技術，采用高壓水和高壓氣模擬柔性氣囊外部深水環境，搭建了兆瓦級恒壓壓縮空氣儲能系統實驗平臺，設計儲氣壓力等效水深約700米，具備開展真實深水環境下的系統試驗、柔性儲氣裝置變形特性試驗和疲勞性能試驗等功能。

實驗表明，水下恒壓壓縮空氣儲能系統具有可靠、快速的調節特性，儲能過程中對可再生能源的實時消納維持在±5%以內，發電過程中膨脹機振動小于41微米，冷啟動時間不超過5分鐘，2分鐘內停機。帶有柔性儲能裝置的系統可以完全利用儲存的壓縮空氣，保持壓縮機出口和膨脹機入口的壓力穩定，大幅提高儲能密度和儲能效率。

本研究為恒壓壓縮空氣儲能系統服務于海上可再生能源規模發展奠定了基礎。

相關論文信息：

https://doi.org/10.46855/energy-proceedings-11306

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.123129