深冷液化空氣儲能技術

深冷液化空氣儲能技術及智研院相關工作一、儲能需求及深冷液化空氣儲能技術2匯報提綱二、智研院相關工作三、小結3冀北電網儲能需求分析

冀北電網新能源分布情況冀北電網內新能源發(fā)電呈高速發(fā)展趨勢。按照河北省可再生能源發(fā)展規(guī)劃，2020年，新能源消費量將占終端能源消費總量的30%；2030年，將達到50%。調峰約束是影響冀北風電消納的重要因素。風電呈現明顯的反調峰特性，約30%的風電棄風是由于調峰約束所致。冀北電網風電反調峰日曲線圖大規(guī)模能量型儲能技術是提升電網調峰能力，緩解冀北電網棄風限電的重要手段。4多種儲能技術性能對比分析儲能方式儲能密度Wh/L效率

%規(guī)模

MW壽命

年安全性建設投資元/kWh抽水蓄能0.5-1.570%-85%100-100040-60高200-1000壓縮空氣1.8~660-120(液化)40%~70%1-30020-40高300-2000鉛蓄電池30-10070%~75%13—5較好1000-2000鋰離子電池100-20080%~86%0.5-208—10較好2000-5000液流電池20-7070%~80%0.5-108—10較好5000-8000鈉硫電池150-30075%~85%0.5-308—10一般1500-3000抽水蓄能和壓縮空氣儲能是滿足大規(guī)模調峰的能量型儲能技術。抽水蓄能受限于地理條件和水資源的約束；壓縮空氣儲能技術正向高效、低成本、無地理條件限制的方向發(fā)展。5傳統(tǒng)燃料補燃提升透平機入口空氣溫度和壓力，提升系統(tǒng)效率德國Huntorf電站，290MW×2h美國McIntosh電站，110M×26h先進絕熱儲熱技術回收壓縮余熱取代補燃，保證系統(tǒng)效率在建德國Adele電站，90MW×4h中國蕪湖500KW×1h小型樣機深冷液化將空氣液化并儲存，同時回收壓縮余熱和膨脹余冷，提升系統(tǒng)效率英國Slough電站，350KW×7h在建Manchester電站5MW×3h中國廊坊1.5MW×1h試驗樣機壓縮空氣技術路線比較6

傳統(tǒng)先進絕熱深冷液化功率MW100~8001~80010~300能量密度

Wh/L1.8~5.13~660~120設計效率%40~5450~7050~70存儲方式洞穴小規(guī)模高壓儲罐

大規(guī)模洞穴低壓儲罐式存儲壓力

MPa7~103~300.5~1（液態(tài)空氣）安全性差差好占地

m2/MW1200~5200600~1300140~300地理條件限制有有無成本

RMB/kW4000~600012000~180004200~910012000(10MW)4200~8000(>50MW)深冷液化空氣儲能技術，空氣以低壓、低溫、液態(tài)存儲，能量密度高；低壓罐體，安全性好，且不受地理位置限制；預期效率50%~70%，具有很好的應用前景。深冷液化空氣儲能技術優(yōu)勢壓縮凈化深冷存儲系統(tǒng)儲熱系統(tǒng)制冷液態(tài)空氣存儲汽化膨脹電能輸出電能輸入空氣入口空氣出口充電過程存儲過程放電過程深冷液化空氣儲能技術-技術原理深冷液化空氣儲能技術—示范工程英國倫敦深冷儲能示范工程建于2010年，容量350kW×7h，驗證了技術可行性。英國曼徹斯特深冷儲能示范工程計劃2016年投運，容量5MW×3h，設計效率55%。英國倫敦深冷儲能示范工程實景圖一、儲能需求及深冷液化空氣儲能技術三、小結9匯報提綱二、智研院相關工作10完成子系統(tǒng)設計空氣液化子系統(tǒng)儲熱儲冷子系統(tǒng)膨脹發(fā)電子系統(tǒng)提出12.5MW×8h的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)技術方案完成設備選型絕熱壓縮機換熱/冷、儲熱/冷、汽化器級間加熱的膨脹機深冷液化空氣儲能系統(tǒng)--技術方案設計11完成系統(tǒng)仿真計算和主參數的設計，驗證了流程設計的準確性；考慮了關鍵設備的耗能、換熱器效能、管道壓力損失等，完成系統(tǒng)的效率分析計算；依據國內設備廠家所提供數據，可實現效率為54.5%，冷熱綜合利用效率可達60%以上。深冷液化空氣儲能系統(tǒng)—系統(tǒng)計算深冷液化空氣儲能系統(tǒng)—關鍵設備開發(fā)目前正在開展與GE、西門子等國外廠家的聯合設計功能壓縮機：利用絕熱式壓縮過程，將入口的常溫空氣壓縮到高溫高壓的狀態(tài)膨脹機：利用級間加熱的膨脹過程，將高壓空氣膨脹降壓，并對外輸出機械能選型和設計優(yōu)選了離心式、軸流式、以及離心和軸流復合式等幾種主要方案，正在開展深入設計。主要參數：壓縮機功率：7.7MW和12.4MW（輸入）膨脹機功率：12.5MW（輸出）換熱器功能：用于高壓空氣的冷卻和膨脹前端的加熱選型：管殼式的換熱器，可實現高壓氣體的換熱過程智研院基于前期的儲熱等研究工作，初步完成換熱器及深冷儲罐的計算分析，正在開展與企業(yè)的聯合設計工作深冷儲罐功能：儲存氣化器出口的冷能，并用于制冷過程，降低液化功耗結構設計：采用球狀的儲冷載體，搭建基于儲冷載體的固定床式儲冷換熱裝置主要參數：最低存儲溫度達-150℃深冷液化空氣儲能系統(tǒng)—關鍵設備開發(fā)14設備布置

壓縮機、膨脹發(fā)電機組、儲熱蓄冷罐體、液化空氣儲罐、換熱器、風機泵閥和控制保護小室占地面積約：2000平方米設備造價：按照國內外設備造價不同，系統(tǒng)主體造價2~2.5億張北示范工程深冷液化空氣儲能裝置布置深冷液化空氣儲能系統(tǒng)—占地和造價15深冷液化空氣儲能系統(tǒng)—經濟性效益分析

按照每天12.5MW機組發(fā)電8小時計，電費取風電

電價0.54元/kWh每年可以產生1892萬元電費收入深冷液化空氣儲能的作用主要體現在提升電力系統(tǒng)調峰能力與消納棄風電。棄風電消納的節(jié)電效益降低電力系統(tǒng)峰谷差，提高電力系統(tǒng)經濟性增加電力系統(tǒng)調峰能力，產生顯著節(jié)煤效益經濟效益效益分析16系統(tǒng)維護說明液化空氣儲能每天夜間谷電時間儲電，轉化為液態(tài)空氣，白天峰電時間放電，采用自動控制，安全可靠，運行維護量小。運行人員可以由風光儲輸示范基地運行人員兼職。運維人員只需對壓縮機、膨脹機等設備進行日常巡視檢查。每3-5年進行系統(tǒng)大修，大修時間10-15天左右。主要設備隨系統(tǒng)大修進行檢驗檢測消防設計說明本裝置火災類別大部分為丁、戊類，涉及的主要物料有空氣、液空等，主要生產介質為空氣，不燃不爆，火險等級較低。深冷液化空氣儲能系統(tǒng)—維護與消防設計一、儲能需求及深冷液化空