Da der Anteil der neu installierten Energiekapazitäten in der Europäischen Union weiter zunimmt globale EnergiespeicherungEs besteht ein Konsens über den Bedarf an großvolumigen und langfristigen Energiespeichersystemen. In diesem Papier wird vorgestellt Druckluftenergiespeichereine vielversprechende Methode zur Energiespeicherung.
1. Was ist ein Druckluftspeicher?
Die Druckluftspeicherung bezieht sich auf eine Energiespeichermethode, bei der elektrische Energie verwendet wird, um Luft während der Schwachlastzeit des Netzes zu komprimieren, und die komprimierte Luft zum Antrieb der Dampfturbine freigegeben wird, um während der Spitzenlastzeit des Netzes Strom zu erzeugen.
Die wichtigsten Formen sind traditionelle Druckluftspeicher, Druckluftspeicher mit Wärmespeicher und Flüssiggas-Druckluftspeicher.
2. Was ist das Funktionsprinzip der Druckluftenergiespeicherung?
Das Druckluftspeichersystem ist ein auf der Grundlage der Gasturbinentechnologie entwickeltes Energiespeichersystem, eines der neuen Energiespeichertechnologien. Das Funktionsprinzip der Gasturbine besteht darin, dass die Luft nach der Verdichtung durch den Kompressor zusammen mit dem Brennstoff in der Brennkammer verbrannt wird, um die Temperatur zu erhöhen, und dann tritt das Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck in die Turbine ein, um sich auszudehnen und Arbeit zu verrichten.
Der Verdichter der Gasturbine muss etwa 2/3 der Ausgangsarbeit der Turbine verbrauchen, so dass die Nettoausgangsarbeit der Gasturbine viel kleiner ist als die Ausgangsarbeit der Turbine.
Die Verdichterturbinen des Druckluftspeichers arbeiten nicht gleichzeitig), bei der Energiespeicherung verbraucht der Druckluftspeicher elektrische Energie, um die Luft zu komprimieren und in der Luftspeicherkammer zu speichern; bei der Energiefreisetzung wird die Hochdruckluft aus der Luftspeicherkammer freigegeben.
Nachdem es in die Brennkammer der Gasturbine eingetreten ist und mit dem Brennstoff verbrannt wurde, treibt es die Turbine zur Stromerzeugung an. Aufgrund der zeitlichen Aufteilung von Energiespeicherung und Energiefreisetzung verbraucht kein Kompressor die Ausgangsarbeit der Turbine während des Prozesses der Energiefreisetzung. Im Vergleich zu einem Gasturbinensystem, das denselben Brennstoff verbraucht, kann das Druckluftspeichersystem daher mehr als doppelt so viel Strom erzeugen.
3. Wie ist das Druckluftspeichersystem aufgebaut?
Ein komplettes Druckluftsystem besteht aus fünf Hauptkomponenten: Kompressor, Kühler, Druckbehälter, Regenerator, Turbine und Generator.
- Kompressor: komprimiert die Luft, wandelt elektrische Energie in innere Energie der Luft um, der Luftdruck kann 70-100 bar erreichen, und die Temperatur kann 1000 ° C erreichen;
- KühlerWärmetauscher, der zur Kühlung vor der Lagerung im Druckbehälter dient, um einen Druckabfall der Luft im Druckbehälter oder in der Kaverne zu verhindern;
- DruckbehälterDie Lagerung von gekühlter Luft in einer Höhle muss den geologischen Bedingungen entsprechen und eine hohe Druckbeständigkeit und gute Abdichtung aufweisen;
- RegeneratorWärmetauscher oder Brennkammer, die die Lufttemperatur auf ca. 1000°C erhöht, so dass die Turbine lange Zeit stabil laufen kann, um den Wirkungsgrad der Turbine zu verbessern;
- Turbine: Die Luft wird durch die Turbine entspannt, und die innere Energie wird in kinetische Energie umgewandelt;
- Stromerzeuger: meist Synchrongeneratoren, die kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln;
4. Funktion des Druckluftspeichersystems
- Spitzenbereinigung und TalfüllungDie Unternehmen der Stromerzeugung können Druckluftspeichersysteme nutzen, um Strom für Schwachlastzeiten zu speichern und ihn für den Einsatz in Spitzenlastzeiten freizugeben, um Spitzenlasten zu vermeiden und Täler zu füllen;
- Elektrischer Lastausgleich: Das Druckluftspeichersystem kann innerhalb weniger Minuten nach dem Anfahren den Volllastbetrieb erreichen, was wesentlich kürzer ist als die Anfahrzeit herkömmlicher kohle- oder ölbefeuerter Kraftwerke, so dass es sich besser als elektrisches Lastausgleichsgerät eignet;
- Nachfrageseitiges Energiemanagement: In Gebieten mit differenzierten Spitzen- und Talstrompreisen können Nachfrager mit Hilfe von Druckluftspeichersystemen günstigen Strom in niedrigen Tälern speichern und ihn dann in Spitzen- und Hochpreiszeiten nutzen, wodurch sie Stromkosten sparen und größere wirtschaftliche Vorteile erzielen;
- Angewandt auf erneuerbare Energien: Der Einsatz eines Druckluftspeichersystems kann intermittierende erneuerbare Energien zu einer stabilen Energieversorgung zusammenführen;
- Notstromversorgung: Das Druckluftspeichersystem kann in der Nähe des Kraftwerks oder des Nutzers als Reservestromversorgung für den Fall einer Leitungswartung, eines Ausfalls oder eines Notfalls errichtet werden.
5. Klassifizierung von Druckluftenergiespeichern
5.1 Wärmequelle
Je nach Wärmequelle des Druckluftspeichersystems kann es in folgende Kategorien unterteilt werden:
- Druckluftenergiespeichersystem, das Brennstoff verbrennt;
- Druckluftenergiespeichersystem mit Wärmespeicher;
- Druckluftspeichersystem ohne Wärmequelle.
5.2 Maßstab
Je nach Größe des Druckluftspeichersystems kann es in folgende Kategorien unterteilt werden:
- groß angelegte Druckluftspeichersysteme (eine einzige Einheit hat eine Leistung von 100 MW);
- ein kleines Druckluftspeichersystem (die Größe einer einzelnen Einheit beträgt 10 MW);
- Miniatur-Druckluft-Energiespeichersystem (die Größe einer einzelnen Einheit beträgt 10 kW).
5.3 Kreislaufsystem
Je nachdem, ob das Druckluftspeichersystem mit anderen thermischen Kreislaufsystemen gekoppelt ist, kann es unterteilt werden in:
- Herkömmliches Druckluftenergiespeichersystem;
- Druckluftspeicher-Gasturbinen-Kopplungssystem;
- Druckluftspeicher-Gas-Dampf-Kopplungssystem;
- Druckluft-Energiespeicher-Kopplungssystem mit Verbrennungsmotor;
- System zur Kopplung von Druckluftspeicher und Kühlkreislauf;
- System zur Kopplung von Druckluftspeicher und erneuerbarer Energie.
6. Was sind die aktuellen Probleme der Druckluftspeicherung?
Das derzeitige Druckluftsystem weist zahlreiche Probleme auf, von denen das wichtigste darin besteht, dass es durch die geografischen Gegebenheiten zu sehr eingeschränkt ist wie die Pumpspeicherung. Der Bau eines Druckluftsystems erfordert besondere geografische Bedingungen wie einen großen Gasspeicherraum, z. B. hochgradig luftdichte Felshöhlen, Salzhöhlen, verlassene Bergwerke usw.
Diese Einschränkung ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Förderung dieser Technologie beeinträchtigen. Darüber hinaus hat das herkömmliche Luftkompressionssystem einen Systemwirkungsgrad von nur 40%-55%, der niedriger ist als der von Pumpspeichern mit 80%.
7. Technische Vorteile der Druckluftenergiespeicherung
Das Druckluftspeichersystem hat die Vorteile einer großen Batteriekapazitätlange Arbeitszeiten, gute wirtschaftliche Leistung und viele Lade- und Entladezyklen.
- Das Druckluftspeichersystem eignet sich für den Bau von Großkraftwerken (>100 MW) und steht damit dem Pumpspeicherkraftwerk in nichts nach; das Druckluftspeichersystem kann mehrere Stunden oder sogar mehrere Tage lang in Betrieb bleiben, und die Betriebszeit ist lang.
- Die Bau- und Betriebskosten des Druckluftspeichersystems sind relativ niedrig und liegen weit unter denen einer Natrium-Schwefel-Batterie oder einer Flüssigkeitsstrombatterie und unter denen eines Pumpspeicherkraftwerks, was eine gute Wirtschaftlichkeit bedeutet.
- Die Lebensdauer des Druckluftspeichersystems ist sehr lang, er kann Energie zehntausende Male speichern und wieder abgeben, und die Lebensdauer kann 40 bis 50 Jahre erreichen; sein Wirkungsgrad erreicht etwa 70%, was dem eines Pumpspeicherkraftwerks nahe kommt.
8. Technische Nachteile der Druckluftenergiespeicherung
Druckluftspeichersysteme sind eher für Großanlagen geeignet. Kleine Druckluftspeichersysteme werden in der Regel in einigen speziellen Bereichen mit geringer Effizienz eingesetzt, während große Systeme besondere geografische Bedingungen erfordern, um große Gasspeicherräume zu bauen, wie z. B. Felshöhlen, Salzhöhlen, verlassene Bergwerke usw., was den Anwendungsbereich von Druckluftspeichersystemen stark einschränkt.
9. Einnahmemodell
- Erneuerbare Energie + Energiespeicherung: Integration von Wind und Speicherung.
- Netzgebundene Energiespeicherung: ähnelt der Pumpspeicherung, die auf die Netzeinspeisung reagiert und von der Kapazität und den Strompreisen abhängt, und ist in Form von Demonstrationsprojekten möglich. Stromnetze brauchen vor allem langfristige Energiespeicher. Obwohl viele Pumpspeicherkraftwerke bereits in Betrieb genommen wurden, werden sie erst in 7 Jahren fertiggestellt sein.
- Benutzerseite: Das erfolgreichste Modell ist das der gemeinsamen Energiespeicherung in Shandong. Die Nutzer können Dienstleistungen mieten und kaufen. Gemeinsam genutzte Energiespeicher sind ein relativ gutes Geschäftsmodell. Die Einnahmen aus der Energiespeicherung in Shandong hängen hauptsächlich von der gemeinsamen Energiespeicherung ab, und der Kapazitätspreis ist sehr niedrig.
- Stromerzeugungsunternehmen oder Nutzer installieren sie selbstArbitrage zwischen Spitze und Tal, um Geld zu sparen, Management der Stromqualität, Stromgarantie in Extremfällen und Verbesserung der Zuverlässigkeit der Stromgarantie.
10. Zusammenfassung
Kurz gesagt, die Druckluftenergiespeichertechnologie hat eine zukunftsweisende strategische Bedeutung vor dem Hintergrund des hohen Anteils der intermittierenden Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Netz. Der Luftspeicher mit adiabatischer Kompression und Wärmespeicher hat nicht nur eine umfassende Energiespeichereffizienz von bis zu 70%, sondern benötigt auch keine Wärmequelle zum Heizen.
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