Pasaulyje pereinant prie švarios energijos, kintamieji atsinaujinantys šaltiniai, tokie kaip saulės ir vėjo energija, siūlo didžiulį potencialą, tačiau kartu ir didelių iššūkių. Jų pertrūkiai-sukeliami dėl oro, dienos-nakties ciklų ir sezoninių svyravimų-dažnai sukelia apribojimą (švaistomą energiją) arba tinklo nestabilumą. Suspausto oro energijos saugykla (CAES) yra brandus, didelio masto sprendimas, kuris elektros energijos perteklių paverčia suslėgtu oru saugojimui ir, esant poreikiui, išleidžia energiją, efektyviai sugerdamas ir panaudodamas vėjo ir saulės energiją, kartu užtikrindamas tinklo stabilumą ir pusiausvyrą.
CAES saugo elektros energiją kaip mechaninį potencialą suslegiant orą, todėl saugojimas trunka nuo valandų iki savaičių su minimaliais nuostoliais. Kai reikia, suslėgtas oras išleidžiamas turbinoms varyti ir elektros energijai gaminti. Ši technologija ypač gerai-tinka didelio-masto, ilgalaikei-laikymui, paverčiant su pertrūkiais atsinaujinančius energijos šaltinius išsiunčiama, patikima energija, atitinkančia-visą parą-tinklo poreikius.
Pagrindinė technologija ir principai
CAES esmė yra dujų suspaudimo ir plėtimosi termodinamika. Suspaudimo metu oras įkaista, o plėtimosi metu atvėsta. Didelis efektyvumas priklauso nuo efektyvaus šilumos valdymo:
Įprasta (diabatinė) CAES: Suspaudimo šiluma išsklaidoma per tarpinius aušintuvus, o kuras (paprastai gamtinės dujos) naudojamas orui pašildyti prieš plečiant. Kelionės pirmyn ir atgal efektyvumas paprastai yra 40–55 %.
Išplėstinė adiabatinė CAES (AA-CAES): suspaudimo šiluma sugaunama ir saugoma šiluminės energijos kaupimo (TES) sistemose,-pvz., supakuotose akmens sluoksniuose, išlydytoje druskoje ar terminėje alyvoje-, kad ją būtų galima pakartotinai naudoti plečiant. Nenaudojant iškastinio kuro, efektyvumas siekia 70% ar daugiau.
Izoterminis / beveik{0}}izoterminis CAES: pažangūs šilumokaičiai arba vandens purškikliai palaiko beveik pastovią temperatūrą suspaudimo ir plėtimosi metu, o teorinis efektyvumas vystomose sistemose yra 80–95 %.
Šiuolaikinės CAES gamyklos veikia esant 4–7 MPa (40–70 barų) slėgiui ir remiasi idealiu energijos kaupimo dujų įstatymu. Skirtingai nuo baterijų, CAES pasižymi ilgomis-galios, gigavatų- masto programomis, kurios per dešimtmečius prastėja nežymiai.
Pagrindinė įranga ir komponentai
Įprastą CAES įrenginį sudaro:
Kompresoriai: kelių pakopų turbo
Oro saugykla: požeminiai urvai (druskos kupolai, išeikvoti dujų telkiniai ar vandeningieji sluoksniai) arba virš-didelio-tankio dirbtiniai indai (pvz., vamzdžių matricos). Druskos urvai mėgstami dėl jų nepralaidumo ir atsparumo slėgiui-dviračiu 300–1500 metrų gylyje.
Šilumos valdymo sistema(pažangios konstrukcijos): šilumokaičiai ir TES įrenginiai, kurie surenka ir kaupia suspaudimo šilumą.
Ekspanderiai/turbinos ir generatoriai: aukšto- ir žemo -slėgio turbo-plėstuvai, sujungti su generatoriais. Įprastose sistemose pakartotiniam šildymui naudojama degimo kamera; pažangios adiabatinės sistemos pakartotinai naudoja TES šilumą.
Pagalbinės sistemos: Slėgio valdikliai, dvikrypčiai varikliai/generatoriai ir tinklo sujungimo įranga.
|
Nr. |
Įrangos pavadinimas |
Pagrindinė funkcija |
Techninės savybės ir principai |
Pagalbinės iliustracijos aprašymas |
|
1 |
Kompresoriai |
Įkrovimo{0}}fazės jėgainė: perteklinę elektros energiją paverčia suspausto-oro potencine energija |
Daugiapakopiai elektriniai turbo Kintamo-greičio pavaros leidžia greitai reaguoti į atsinaujinančių energijos šaltinių svyravimus |
Visas sistemos išdėstymas, pabrėžiantis kompresoriaus traukinį |
|
2 |
Oro saugojimo sistemos |
Ilgas{0}}suspausto oro laikymas (valandos iki savaitės) |
Požeminiai druskos urvai (300–1500 m gylis) arba didelio-tankio virš-žemės vamzdžių-masyvo indai; sukurtas pakartotiniam slėgio ciklui, kai beveik nėra nuotėkio |
skerspjūvio diagrama |
|
3 |
Šilumos valdymo ir šiluminės energijos kaupimo (TES) sistemos |
Užfiksuokite, saugokite ir pakartotinai naudokite suspaudimo šilumą, kad veiktų labai{0}}efektyviai, nenaudojant kuro{1}} |
šilumokaičiai (HX1/HX2) suporuoti su TES terpėmis (keraminėmis lovomis, išlydyta druska arba terminiu aliejumi), kaupiančiais šilumą iki 600 laipsnių; uždaro-ciklo atkūrimas pasiekia daugiau nei 70 % |
Įkrovimo-fazės šilumos-srauto schema + visa sistemos integravimo diagrama |
|
4 |
Ekspanderiai, turbinos ir generatoriai |
Iškrovimo{0}}fazinė jėgainė: sukauptą suslėgtą orą paverčia elektros energija |
Daugiapakopiai turbo-plėstuvai (aukšto- ir žemo-slėgio), tiesiogiai sujungti su sinchroniniais generatoriais; visa apkrova pasiekiama per mažiau nei 10 minučių, o pažangių konstrukcijų degimo metu išmetamų teršalų nėra |
Realaus-pasaulio plėtiklio-generatoriaus įrengimo nuotrauka |
|
5 |
Pagalbinės sistemos |
Užtikrinti saugų, efektyvų įrenginio veikimą ir tinklo integravimą |
Slėgio{0}}valdymo vožtuvai, dvikrypčiai variklių-generatoriai, SCADA stebėjimas, tinklo skirstomieji įrenginiai, aušinimo bokštai ir platūs vamzdynų tinklai |
Vidinis turbinų salės vaizdas, kuriame matyti integruoti vamzdynai ir elektros sistemos |
Modulinė CAES konstrukcija leidžia nepriklausomai optimizuoti glaudinimo, saugojimo ir išplėtimo pajėgumus, užtikrinant veikimo lankstumą, neprilygstamą daugeliui kitų saugojimo technologijų.
Veiklos procesai
CAES veikia dviem pagrindiniais etapais:
Įkrovimo (suspaudimo) fazė: Didelės atsinaujinančios energijos gamybos arba mažos paklausos laikotarpiais perteklinė elektros energija varo kompresorius. Oras suspaudžiamas keliais etapais (kaitimas), atšaldomas ir įpurškiamas į saugyklą. Pažangiose adiabatinėse sistemose išgaunama šiluma saugoma TES.
Iškrovimo (išplėtimo / generavimo) fazė: Kai paklausos piko arba atsinaujinančių išteklių nepakanka, suslėgtas oras išleidžiamas, iš anksto pašildomas (naudojant TES šilumą arba papildomą kurą), išplečiamas per turbinas, kad būtų varomi generatoriai, ir išmetamas kaip vėsesnis oras. Sistema gali pasiekti pilną apkrovą per mažiau nei 10 minučių, todėl ji idealiai tinka tinklo balansavimui, dažnio reguliavimui ir sukimosi rezervams.
Augalai gali judėti kasdien arba sezoniškai, o savaiminio{0}}iškrovimo rodikliai labai maži. Įspūdingi naudingumo{2} masto pavyzdžiai: Huntorf gamykla Vokietijoje (321 MW, veikia nuo 1978 m.) ir McIntosh gamykla Jungtinėse Valstijose (110 MW, nuo 1991 m.).
Realus-Pasaulio atvejo tyrimas: 100 MW pažangios suslėgto oro energijos kaupimo demonstravimo projektas
Kaip pavyzdinis sėkmingo CAES projekto vykdymo pavyzdys, Kinijos 100 MW pažangus suslėgto oro energijos saugojimo nacionalinis demonstracinis projektas demonstruoja technologijos brandą ir didelio masto pritaikymo potencialą. Sukurta vadovaujant Kinijos mokslų akademijos Inžinerinės termofizikos institutui, tai pirmoji pasaulyje 100 MW-klasės pažangi CAES stotis ir šiuo metu veikianti didžiausia ir didžiausio{5}}efektyvumo pažangi CAES gamykla.
Išsami informacija apie sistemos konfigūraciją:
Talpa: 100 MW galia / 400 MWh energijos kaupimas.
Technologijos tipas: pažangus adiabatinis CAES (AA-CAES), pasižymintis superkritiniu šilumos kaupimu, superkritiniu šilumos mainu, dideliu -apkrovos suspaudimu / plėtimu ir visapusiška sistemos integracija-, visiškai pašalinantis priklausomybę nuo iškastinio kuro.
Laikymo būdas: didelio{0}}tankio dirbtinio oro laikymo indai (vamzdžių-masyvo konstrukcija), didinantys energijos tankį ir sumažinantys priklausomybę nuo didelių požeminių urvų.
Efektyvumas: kelionės į abi puses efektyvumas-70,4 %.
Našumo parametrai: metinė gamyba viršija 132 mln. kWh, to pakanka maždaug 50 000 namų ūkių didžiausiam elektros poreikiui patenkinti; sutaupo 42 000 tonų standartinės anglies ir sumažina CO₂ emisiją maždaug 109 000 tonų per metus.
Pagrindinė įranga: kelių pakopų kompresoriai,-turbinų plėtikliai / generatorių komplektai, superkritinė TES šiluminės saugojimo sistema ir aukšto{1}}slėgio vamzdžių-matricos laikymo indai.
Vieta: Guyuan apskritis, miestas, Hebei provincija, Miaotan Cloud Computing pramonės parke; užima apie 5,7 ha. Projektas buvo prijungtas prie tinklo-2022 m. ir pradėtas rengti komercinei veiklai.
Šis projektas parodo mūsų gebėjimą sėkmingai įgyvendinti didelio masto -CAES iniciatyvas atgaunant suspaudimo šilumą, optimizuojant šilumos valdymą ir naudojant modulinį dizainą, siekiant įveikti tradicinius efektyvumo, priklausomybės nuo degalų ir vietos pasirinkimo apribojimus. Tai vertingas realaus pasaulio inžinerijos patvirtinimas ir keičiamas pasaulinės atsinaujinančios energijos integravimo modelis.
Kaip CAES palengvina veiksmingą vėjo ir saulės energijos įsisavinimą ir panaudojimą
Dėl vėjo ir saulės energijos kintamumo dažnai susidaro elektros energijos perteklius, kurio tinklas negali visiškai absorbuoti. CAES tarnauja kaip tinklelio „amortizatorius“, tiesiogiai sprendžiant šią problemą:
Sugeria perteklinę galią: Pučiant stipriam vėjui arba esant didžiausiam saulės spinduliavimui, perteklinė energija naudojama orui suspausti ir kaupti po žeme, kad būtų išvengta apribojimų.
Išlyginamoji išvestis: CAES atskiria generavimą nuo suvartojimo, išleidžiant sukauptą energiją ramiu laikotarpiu arba po saulėlydžio, kad būtų užtikrinta stabili, nuspėjama galia.
Tinklo stabilumas ir integracija: Jo greitas atsakas palaiko dažnio reguliavimą, įtampos valdymą ir juodos{0}}paleidimo paslaugas. Hibridinės vėjo-saulės-CAES sistemos sukuria „virtualios bazinės apkrovos“ įrenginius, sumažindamos priklausomybę nuo iškastinio-kuro.
Ekonominė ir aplinkosauginė nauda: CAES žymiai sumažina saugojimo išlaidas, pagerina atsinaujinančios energijos panaudojimo rodiklius ir sumažina anglies dvideginio išmetimą (ypač pažangiose adiabatinėse konfigūracijose). Tai ypač konkurencinga didelio masto,-ilgos trukmės atsinaujinančios energijos integravimo srityje.
CAES sukūrimas kartu su vėjo jėgainėmis ar saulės stotimis optimizuoja perdavimo infrastruktūrą ir atlaisvina papildomų pajamų iš energijos arbitražo, pajėgumų rinkų ir papildomų paslaugų.
Žvilgsnis į ateitį: CAES kaip atsinaujinančios energijos elektrinių kertinis akmuo
CAES nuo aštuntojo dešimtmečio ištakų išsivystė į lanksčią,{1}}ilgos trukmės saugojimo technologiją su gigavatų-valandų-masto potencialu. Pažangūs adiabatiniai ir izoterminiai variantai visiškai pašalina iškastinio kuro naudojimą ir puikiai atitinka grynąjį-nulinį tikslą. Jo mastelio keitimas ir geografinis pritaikymas (jei yra tinkama geologija) leidžia paversti pertrūkiais vėjo ir saulės išteklius patikima, didelės vertės{7}}elektra.
Sėkmingi projektai, pvz., patvirtina, kad CAES technologija yra visiškai paruošta komerciniam{0}}diegimui. Pritaikius CAES, atsinaujinančios energijos sektorius gali įveikti didžiausią iššūkį-kintamumą-, pagreitindamas švarios energijos perėjimą ir užtikrindamas ekonominį atsparumą bei energetinį saugumą komunalinėms įmonėms, pramonės šakoms ir bendruomenėms visame pasaulyje. Vykdomi projektai Kinijoje ir tarptautiniu mastu rodo, kad integruotos vėjo -saulės-CAES elektrinės nebėra vizija, o dabartinė realybė-, tiekiančios švarią, išsiunčiamą elektros energiją bet kada ir kur jos reikia.
