A medida que la proporción de nueva capacidad energética instalada sigue aumentando en el almacenamiento mundial de energíaExiste un consenso sobre la necesidad de sistemas de almacenamiento de energía de gran capacidad y a largo plazo. Este documento presenta almacenamiento de energía de aire comprimidoun método prometedor de almacenamiento de energía.
1. ¿Qué es el almacenamiento de energía en aire comprimido?
El almacenamiento de energía en aire comprimido se refiere al método de almacenamiento de energía que utiliza energía eléctrica para comprimir aire durante el periodo de baja carga de la red, y libera el aire comprimido para accionar la turbina de vapor y generar electricidad durante el periodo de máxima carga de la red.
Las principales formas son los sistemas tradicionales de almacenamiento de energía por aire comprimido, los sistemas de almacenamiento de energía por aire comprimido con dispositivos de almacenamiento térmico y los sistemas de almacenamiento de energía por gas líquido comprimido.
2. ¿Cuál es el principio de funcionamiento del almacenamiento de energía por aire comprimido?
El sistema de almacenamiento de energía por aire comprimido es un sistema de almacenamiento de energía desarrollado a partir de la tecnología de turbinas de gas, una de las nuevas tecnologías de almacenamiento de energía. El principio de funcionamiento de la turbina de gas es que, después de que el aire sea comprimido por el compresor, se quema junto con el combustible en la cámara de combustión para elevar la temperatura y, a continuación, el gas a alta temperatura y alta presión entra en la turbina para expandirse y realizar trabajo.
El compresor de la turbina de gas necesita consumir aproximadamente 2/3 del trabajo de salida de la turbina, por lo que el trabajo de salida neto de la turbina de gas es mucho menor que el trabajo de salida de la turbina.
Las turbinas compresoras del sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido no funcionan al mismo tiempo), durante el almacenamiento de energía, el sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido consume energía eléctrica para comprimir el aire y almacenarlo en la cámara de almacenamiento de aire; durante la liberación de energía, el aire a alta presión se libera de la cámara de almacenamiento de aire.
Tras entrar en la cámara de combustión de la turbina de gas y quemarse con el combustible, impulsa la turbina para generar electricidad. Debido al trabajo compartido de almacenamiento y liberación de energía, ningún compresor consume el trabajo de salida de la turbina durante el proceso de liberación de energía. Por lo tanto, en comparación con un sistema de turbina de gas que consume el mismo combustible, el sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido puede generar más del doble de electricidad.
3. ¿Cuál es la composición del sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido?
Un sistema completo de aire comprimido consta de cinco equipos clave: compresor, refrigerador, recipiente a presión, regenerador, turbina y generador.
- Compresorcomprimir el aire, convertir la energía eléctrica en energía interna del aire, la presión del aire puede alcanzar 70-100 bar, y la temperatura puede alcanzar 1000 ° C;
- Enfriadorequipo de intercambio de calor, utilizado para enfriar antes de almacenar en el recipiente a presión, para evitar que el aire reduzca su presión en el recipiente a presión o en la caverna;
- Recipiente a presión: almacenar aire refrigerado, si se almacena en una cueva, necesita cumplir las condiciones geológicas con una alta resistencia a la presión y un buen sellado;
- Regenerador: equipo de intercambio térmico o cámara de combustión, que aumenta la temperatura del aire hasta unos 1000°C, de modo que la turbina puede seguir funcionando de forma estable durante mucho tiempo, para mejorar la eficiencia de la turbina;
- Turbina: El aire se despresuriza a través de la turbina, y la energía interna se convierte en energía cinética;
- Generador: en su mayoría generadores síncronos, que convierten la energía cinética en energía eléctrica;
4. Función del sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido
- Afeitado de picos y relleno de vallesLas empresas de generación de energía pueden utilizar sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido para almacenar electricidad de bajo consumo y liberarla para su uso durante los picos de consumo, con el fin de reducir los picos y llenar los valles;
- Equilibrio de la carga eléctrica: El sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido puede alcanzar el estado de funcionamiento a plena carga desde el arranque en unos pocos minutos, lo que es mucho menor que el tiempo de arranque de las centrales eléctricas de carbón/petróleo ordinarias, por lo que es más adecuado como dispositivo de equilibrio de carga eléctrica;
- Gestión de la demanda de energía: En las zonas en las que se aplican precios de la electricidad diferenciados por picos y valles, los usuarios del lado de la demanda pueden utilizar sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido para almacenar electricidad a bajo precio en los valles bajos, y utilizarla después durante los periodos de picos y precios altos, ahorrando así costes de electricidad y obteniendo mayores beneficios económicos;
- Aplicado a las energías renovables: El uso de un sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido puede empalmar las energías renovables intermitentes para formar un suministro eléctrico estable;
- Fuente de alimentación de reserva: El sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido puede construirse cerca de la central eléctrica o de los usuarios como fuente de alimentación de reserva en caso de mantenimiento de la línea, avería o emergencia.
5. Clasificación del almacenamiento de energía en aire comprimido
5.1 Fuente de calor
Según la fuente de calor del sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido, puede dividirse en:
- Sistema de almacenamiento de energía por aire comprimido que quema combustible;
- Sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido con acumulación de calor;
- Sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido sin fuente de calor.
5.2 Escala
Según la escala del sistema de almacenamiento de energía por aire comprimido, puede dividirse en:
- sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido a gran escala (la escala de una sola unidad es de 100 MW);
- pequeño sistema de almacenamiento de energía por aire comprimido (la escala de una sola unidad es de 10 MW);
- Sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido en miniatura (la escala de una sola unidad es de 10 kW).
5.3 Sistema circulatorio
En función de si el sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido está acoplado a otros sistemas de ciclo térmico, puede dividirse en:
- Sistema tradicional de almacenamiento de energía en aire comprimido;
- Sistema de acoplamiento de almacenamiento de energía en aire comprimido y turbina de gas;
- Sistema de acoplamiento de ciclo combinado de almacenamiento de energía de aire comprimido-gas-vapor;
- Sistema de acoplamiento de almacenamiento de energía de aire comprimido-motor de combustión interna;
- Sistema de acoplamiento de almacenamiento de energía en aire comprimido y ciclo de refrigeración;
- Sistema de acoplamiento de almacenamiento de energía en aire comprimido y energías renovables.
6. ¿Cuáles son los problemas actuales del almacenamiento de energía en aire comprimido?
El sistema actual de aire comprimido presenta muchos problemas, el más importante de los cuales es que está demasiado restringido por las condiciones geográficas como el almacenamiento por bombeo. La construcción de un sistema de aire comprimido requiere condiciones geográficas especiales como una gran sala de almacenamiento de gas, como cuevas rocosas muy herméticas, cuevas de sal, minas abandonadas, etc.
Esta limitación es uno de los factores importantes que afectan a la promoción de esta tecnología. Además, el sistema tradicional de compresión de aire sólo tiene una eficiencia de 40%-55%, inferior a los 80% de la acumulación por bombeo.
7. Ventajas técnicas del almacenamiento de energía en aire comprimido
El sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido tiene las ventajas de una gran capacidad de la batería, largas horas de trabajo, buen rendimiento económico y muchos ciclos de carga y descarga, como se indica a continuación.
- El sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido es adecuado para la construcción de centrales eléctricas a gran escala (>100 MW), sólo superado por la central hidroeléctrica de bombeo; el sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido puede seguir funcionando durante varias horas o incluso varios días, y el tiempo de funcionamiento es largo.
- El coste de construcción y el coste de explotación del sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido son relativamente bajos, muy inferiores a los de la batería de sodio-azufre o la batería de flujo líquido, e inferiores a los de la central eléctrica de acumulación por bombeo, lo que supone una buena economía.
- La vida útil del sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido es muy larga, puede almacenar y liberar energía decenas de miles de veces, y la vida útil puede alcanzar de 40 a 50 años; y su eficiencia puede llegar a unos 70%, lo que se aproxima a la de una central eléctrica de acumulación por bombeo.
8. Desventajas técnicas del almacenamiento de energía en aire comprimido
Los sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido son más adecuados para los sistemas a gran escala. Los sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido a pequeña escala se utilizan generalmente en algunas áreas especiales con baja eficiencia, mientras que los sistemas a gran escala requieren condiciones geográficas específicas para construir grandes salas de almacenamiento de gas, como cuevas de roca, cuevas de sal, minas abandonadas, etc., lo que limita en gran medida el rango de aplicación del sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido.
9. Modelo de ingresos
- Energías renovables + almacenamiento de energíaIntegración de energía eólica y almacenamiento.
- Almacenamiento de energía en la red: es similar a la acumulación por bombeo, responde al despacho de la red, depende de la capacidad y de los precios de la electricidad, y es posible en forma de proyectos de demostración. Las redes eléctricas necesitan especialmente almacenamiento de energía a largo plazo. Aunque se han puesto en marcha muchas centrales de acumulación por bombeo, se completarán 7 años más tarde.
- Lado usuario: El más exitoso es el modelo de almacenamiento compartido de energía en Shandong. Los usuarios pueden alquilar y comprar servicios. El almacenamiento compartido de energía es un modelo de negocio relativamente bueno. Los ingresos por almacenamiento energético de Shandong dependen principalmente del almacenamiento energético compartido, y el precio de la capacidad es muy bajo.
- Las empresas generadoras de electricidad o los usuarios lo instalan ellos mismosarbitraje entre el pico y el valle para ahorrar dinero, gestión de la calidad de la energía, garantía de potencia en casos extremos y mejora de la fiabilidad de la garantía de potencia.
10. Resumen
En resumen, la tecnología de almacenamiento de energía de aire comprimido tiene una importancia estratégica de futuro en el contexto de la alta proporción de conexión a la red de generación de energía renovable intermitente. El sistema de almacenamiento de energía por compresión adiabática de aire con almacenamiento térmico no solo tiene una eficiencia global de almacenamiento de energía de hasta 70%, sino que además no necesita una fuente de calor para calentarse.
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