La percentuale di nuova capacità energetica installata continua ad aumentare nel stoccaggio globale dell'energia, c'è un consenso sulla necessità di sistemi di accumulo di energia di grande capacità e a lungo termine. Questo documento introduce accumulo di energia ad aria compressaun promettente metodo di accumulo dell'energia.
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1. Che cos'è l'accumulo di energia ad aria compressa?
L'accumulo di energia ad aria compressa si riferisce al metodo di accumulo di energia che utilizza l'energia elettrica per comprimere l'aria durante il periodo di basso carico della rete, e rilascia l'aria compressa per azionare la turbina a vapore per generare elettricità durante il periodo di picco del carico della rete.
Le forme principali sono i tradizionali sistemi di accumulo di energia ad aria compressa, i sistemi di accumulo di energia ad aria compressa con dispositivi di accumulo di calore e i sistemi di accumulo di energia compressa a gas liquido.
2. Qual è il principio di funzionamento dell'accumulatore di energia ad aria compressa?
Il sistema di accumulo di energia ad aria compressa è un sistema di accumulo di energia sviluppato sulla base della tecnologia delle turbine a gas, uno dei nuovi sistemi di accumulo di energia. tecnologie di stoccaggio dell'energia. Il principio di funzionamento della turbina a gas è che l'aria, dopo essere stata compressa dal compressore, viene bruciata insieme al combustibile nella camera di combustione per aumentare la temperatura, quindi il gas ad alta temperatura e ad alta pressione entra nella turbina per espandersi e produrre lavoro.
Il compressore della turbina a gas deve consumare circa 2/3 del lavoro in uscita della turbina, quindi il lavoro netto in uscita della turbina a gas è molto inferiore al lavoro in uscita della turbina.
Le turbine del compressore del sistema di accumulo di energia ad aria compressa non funzionano contemporaneamente), durante l'accumulo di energia, il sistema di accumulo di energia ad aria compressa consuma energia elettrica per comprimere l'aria e immagazzinarla nella camera di accumulo; durante il rilascio di energia, l'aria ad alta pressione viene rilasciata dalla camera di accumulo.
Dopo essere entrato nella camera di combustione della turbina a gas e aver bruciato con il combustibile, aziona la turbina per generare elettricità. Grazie alla condivisione del lavoro di accumulo e rilascio dell'energia, nessun compressore consuma il lavoro in uscita della turbina durante il processo di rilascio dell'energia. Pertanto, rispetto a un sistema di turbine a gas che consuma lo stesso combustibile, il sistema di accumulo di energia ad aria compressa può generare più del doppio dell'elettricità.
3. Qual è la composizione del sistema di accumulo di energia ad aria compressa?
Un sistema completo di aria compressa è composto da cinque apparecchiature fondamentali: compressore, raffreddatore, recipiente in pressione, rigeneratore, turbina e generatore.
- Compressore: comprimere l'aria, convertire l'energia elettrica in energia interna dell'aria, la pressione dell'aria può raggiungere 70-100 bar e la temperatura può raggiungere i 1000°C;
- Raffreddatore: apparecchiatura di scambio termico, utilizzata per il raffreddamento prima dello stoccaggio nel recipiente a pressione, per evitare che l'aria si riduca di pressione nel recipiente a pressione o nella caverna;
- Recipiente a pressione: immagazzinare l'aria raffreddata, se viene immagazzinata in una grotta, deve soddisfare le condizioni geologiche con un'elevata resistenza alla pressione e una buona tenuta;
- Rigeneratore: apparecchiatura di scambio termico o camera di combustione, che aumenta la temperatura dell'aria a circa 1000°C, in modo che la turbina possa continuare a funzionare stabilmente per lungo tempo, così da migliorare l'efficienza della turbina;
- Turbina: L'aria viene depressurizzata attraverso la turbina e l'energia interna viene convertita in energia cinetica;
- Generatore: per lo più generatori sincroni, che convertono l'energia cinetica in energia elettrica;
4. Funzione del sistema di accumulo di energia ad aria compressa
- Riduzione dei picchi e riempimento delle valliLe società di produzione di energia possono utilizzare sistemi di accumulo di energia ad aria compressa per immagazzinare l'elettricità a bassa intensità e rilasciarla per l'uso durante i picchi di consumo, in modo da ottenere il peak shaving e il valley filling;
- Bilanciamento del carico elettrico: Il sistema di accumulo di energia ad aria compressa può raggiungere lo stato di funzionamento a pieno carico dall'avvio in pochi minuti, un tempo molto inferiore a quello di avvio delle normali centrali elettriche a carbone/petrolio, quindi è più adatto come dispositivo di bilanciamento del carico elettrico;
- Gestione dell'energia dal lato della domanda: Nelle aree in cui vengono applicati prezzi dell'elettricità differenziati per picco e per valle, gli utenti dal lato della domanda possono utilizzare sistemi di accumulo di energia ad aria compressa per immagazzinare l'elettricità a basso prezzo nelle basse valli, per poi utilizzarla durante i periodi di picco e ad alto prezzo, risparmiando così sui costi dell'elettricità e ottenendo maggiori benefici economici;
- Applicato alle energie rinnovabili: L'uso di un sistema di accumulo di energia ad aria compressa può unire l'energia rinnovabile intermittente per formare un'alimentazione stabile;
- Alimentazione di backup: Il sistema di accumulo di energia ad aria compressa può essere costruito vicino alla centrale elettrica o agli utenti come alimentazione di riserva in caso di manutenzione della linea, guasto o emergenza.
5. Classificazione degli accumulatori di energia ad aria compressa
5.1 Fonte di calore
In base alla fonte di calore del sistema di accumulo di energia ad aria compressa, si può suddividere in:
- Sistema di accumulo di energia ad aria compressa che brucia carburante;
- Sistema di accumulo di energia ad aria compressa con accumulo di calore;
- Sistema di accumulo di energia ad aria compressa senza fonte di calore.
5.2 Scala
In base alla scala del sistema di accumulo di energia ad aria compressa, può essere suddiviso in:
- sistema di accumulo di energia ad aria compressa su larga scala (la scala di una singola unità è di 100 MW);
- piccolo sistema di accumulo di energia ad aria compressa (la scala di una singola unità è di 10 MW);
- Sistema di accumulo di energia ad aria compressa in miniatura (la scala di una singola unità è di 10 kW).
5.3 Sistema circolatorio
A seconda che il sistema di accumulo di energia ad aria compressa sia accoppiato o meno ad altri sistemi a ciclo termico, può essere suddiviso in:
- Sistema tradizionale di accumulo di energia ad aria compressa;
- Sistema di accoppiamento tra accumulo di energia ad aria compressa e turbina a gas;
- Sistema di accumulo di energia ad aria compressa e di accoppiamento gas-vapore a ciclo combinato;
- Sistema di accumulo di energia ad aria compressa e accoppiamento motore a combustione interna;
- Sistema di accoppiamento tra accumulo di energia ad aria compressa e ciclo di refrigerazione;
- Sistema di accoppiamento aria compressa-energia rinnovabile.
6. Quali sono i problemi attuali dell'accumulo di energia ad aria compressa?
L'attuale sistema di aria compressa presenta molti problemi, il più importante dei quali è che è troppo limitato dalle condizioni geografiche, come lo stoccaggio con pompaggio. La costruzione di un sistema di aria compressa richiede condizioni geografiche particolari come un grande deposito di gas, come grotte rocciose altamente ermetiche, grotte di sale, miniere abbandonate, ecc.
Questa limitazione è uno dei fattori che incidono sulla promozione di questa tecnologia. Inoltre, il sistema tradizionale di compressione dell'aria ha un'efficienza di sistema di soli 40%-55%, inferiore agli 80% dell'accumulo con pompaggio.
7. Vantaggi tecnici dell'accumulo di energia ad aria compressa
Il sistema di accumulo dell'energia ad aria compressa presenta i vantaggi di un'ampia capacità della batteria, lunghe ore di lavoro, buone prestazioni economiche e molti cicli di carica e scarica, come segue.
- Il sistema di accumulo di energia ad aria compressa è adatto alla costruzione di centrali elettriche di grandi dimensioni (>100 MW), secondo solo alla centrale idroelettrica a pompaggio; il sistema di accumulo di energia ad aria compressa può continuare a funzionare per diverse ore o addirittura per diversi giorni, e il tempo di lavoro è lungo.
- Il costo di costruzione e il costo operativo del sistema di accumulo di energia ad aria compressa sono relativamente bassi, di gran lunga inferiori a quelli della batteria al sodio-zolfo o della batteria a flusso liquido, e inferiori a quelli della centrale di pompaggio, con una buona economia.
- La durata del sistema di accumulo di energia ad aria compressa è molto lunga, può immagazzinare e rilasciare energia decine di migliaia di volte e la durata può raggiungere i 40-50 anni; inoltre, la sua efficienza può raggiungere circa 70%, che è vicina a quella di una centrale elettrica ad accumulo con pompaggio.
8. Svantaggi tecnici dell'accumulo di energia ad aria compressa
I sistemi di accumulo di energia ad aria compressa sono più adatti a sistemi su larga scala. I sistemi di accumulo di energia ad aria compressa su piccola scala sono generalmente utilizzati in alcune aree speciali a bassa efficienza, mentre i sistemi su larga scala richiedono condizioni geografiche specifiche per la costruzione di grandi depositi di gas, come grotte di roccia, grotte di sale, miniere abbandonate, ecc.
9. Modello di reddito
- Energia rinnovabile + accumulo di energiaIntegrare l'eolico e lo stoccaggio.
- Accumulo di energia lato rete: è simile all'accumulo con pompaggio, risponde al dispacciamento della rete, si basa sulla capacità e sui prezzi dell'elettricità, ed è possibile sotto forma di progetti dimostrativi. Le reti elettriche hanno bisogno soprattutto di stoccaggio di energia a lungo termine. Sebbene siano stati avviati molti progetti di stoccaggio con pompaggio, saranno completati 7 anni dopo.
- Lato utente: Quello di maggior successo è il modello di stoccaggio energetico condiviso di Shandong. Gli utenti possono affittare e acquistare servizi. Lo stoccaggio condiviso di energia è un modello di business relativamente buono. I ricavi dello stoccaggio energetico di Shandong dipendono principalmente dallo stoccaggio energetico condiviso e il prezzo della capacità è molto basso.
- Le aziende produttrici di energia elettrica o gli utenti lo installano da soli: arbitraggio tra picco e valle per risparmiare, gestione della qualità dell'energia, garanzia dell'energia in casi estremi e miglioramento dell'affidabilità della garanzia dell'energia.
10. Sintesi
In breve, la tecnologia di accumulo di energia ad aria compressa ha un significato strategico lungimirante nel contesto di un'elevata percentuale di connessione alla rete di generazione di energia rinnovabile intermittente. Il sistema di accumulo di energia a compressione adiabatica con accumulo di calore non solo ha un'efficienza di accumulo di energia completa fino a 70%, ma non richiede nemmeno una fonte di calore per il riscaldamento.
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