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中国科学院工程热物理研究所:先进压缩空气储能系统

2017-06-26 10:46:37
项目类型
普通项目
项目进度
竣工运营

中国科学院工程热物理研究所

申报项目:先进压缩空气储能系统

一、单位及团队概况

中国科学院工程热物理研究所主要从事能源、动力和环境等领域的研究,现有10个实验室/研究中心,共有职工496名,其中专业技术人员463名,包括中国科学院院士2人,正高级43人,副高级113名。研究所已拥有国家级研发中心(实验室)4个,省部级重点实验室4个,另拥有10个与地方政府和企业共建的实验室(研发中心)和中试基地。建所以来,共获国家级二等奖和院、部级二等奖以上奖项40余项,国家级三等和院、部级三等奖50余项。

储能研发中心主要从事大规模物理储能技术的研究与开发,现有成员90余人,包括国家“万人计划”、中科院“百人计划”、享受国务院特殊津贴专家等高层次专家。共获得国家863项目、国家973项目、国家重点研发计划等各类项目50余项。已发表学术论文300余篇,SCI收录100余篇,EI收录150余篇,SCI他引3000余次。申请专利140余项,授权114项(含国际专利4项),专利数列全球研发机构第1位。研发成果分别获得了北京市科学技术一等奖、北京市发明专利二等奖、全球可再生能源领域最具投资价值蓝天奖、黑龙江科学技术一等奖、辽宁省科学技术二等奖等奖项,并入选2013年中科院重大成果汇编和2014年中国储能领域十大新闻。

二、研究进展及成果

压缩空气储能由于其具有规模大、成本低、寿命长等优点,是极具发展潜力的大规模储能技术之一。中科院工程热物理所是国内最早、最系统开展压缩空气储能技术研究的机构,经过十余年的努力,取得了具有国际领先水平的研究成果:

1、原创性地提出了先进压缩空气储能技术新原理,可同时解决传统压缩空气储能依赖大型储气室、依赖化石燃料、系统效率低三个主要技术瓶颈问题,具有能量密度高、不受地理条件限制、效率高、单位投资低、对环境友好、安全性好等优点。

2、创立先进压缩空气储能能量高效转化和利用的新理论。首次揭示了先进压缩空气储能系统过程耦合与能量传递机理;首次揭示了限制空间尺度内的超临界流动、传热、储热特性与机理;首次揭示了压缩机和膨胀机内部流动与损失发展的规律及流动与传热耦合机理。

3、突破了宽工况压缩机、高负荷膨胀机、高效蓄热/冷换热器等关键技术,研制出国际首台1.5MW和10MW高负荷、高压比/膨胀比、宽工况多级压缩机和膨胀机,以及1.5MWh和40MWh蓄冷(热)/换热器。

4、建设了一系列包括基础研究、关键技术到系统集成的实验和创新研发平台,建成了我国物理储能首个国家级研发中心“国家能源大规模物理储能技术研发中心”,是目前国际唯一具备10MW级先进压缩空气储能系统部件实验和系统集成测试能力的研发平台。

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图1 国家能源大规模物理储能技术研发中心

5、率先完成1-10MW系统示范。2013年建成国际首套1.5MW先进压缩空气储能示范系统,被评价为“我国压缩空气储能的一项重要突破,达到国际领先水平”。2016年建成目前国际唯一的10MW级新型压缩空气储能示范系统,性能指标优于国际同等规模压缩空气储能系统。率先形成了1-10MW先进压缩空气储能系统解决方案,研发进展比国内外其他单位提前3-5年,处于国际引领地位。

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图2 1.5MW先进压缩空气储能示范系统

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图3 10MW先进压缩空气储能示范系统

6、率先实现了1-10MW系统产业化。已技术授权两家公司,并通过技术入股成立两家产业化公司,技术总作价7800余万元,吸引投资超过1.3亿元。已经建成和正在建设的示范项目4台套,已列入规划正在或已完成招投标的工业级项目13台套,总价值超过13亿元。

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图4 北京市科学技术一等奖与蓝天奖

三、技术原理

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图5 先进压缩空气储能系统原理图

先进压缩空气储能系统的工作原理为:

(1)在用电低谷,利用余电、废电,由电动机带动压缩机,将空气压缩成高温、高压的空气,通入蓄热/换热器,将空气中的压缩热储存在蓄热介质中,空气冷却至常温后,再通入蓄冷/换热器,利用已储存的冷量将空气进一步降温,再将低温的空气通过节流后使空气液化,常压储存于低温储罐中。

(2)在用电高峰,将液态空气经低温泵加压至超临界压力后,输送至蓄冷/换热器,将空气的冷量储存在蓄冷介质中,空气升温至常温并气化,再通过蓄热/换热器,吸收之前已储存的压缩热进一步升温,经透平膨胀机膨胀做功,带动发电机发电。

四、技术优势

先进压缩空气储能系统具有以下优势:

(1)不需要大型储气装置,无地理条件限制。

(2)不需要燃烧化石燃料,清洁无污染。

(3)系统效率高,比同等规模的其它压缩空气储能电站高出约10%-20%。

(4)单位成本低,比国外新型压缩空气储能系统低50%。

(5)储能密度高,为传统压缩空气储能密度的18倍。

(6)系统寿命长,为30-50年。

(7)储能周期不受限制,日能量耗散率低于0.5%。

(8)适用范围广,只交换电能,适用各种电站。

五、先进压缩空气储能技术经济性分析

目前,10MW先进压缩空气储能系统产业化后的单位成本约为6000元/kW或1500元/kWh,典型项目的投资回收周期约为6-8年,全寿命周期度电成本约为0.3-0.6元/kWh。

已启动研发的100MW先进压缩空气储能系统,其产业化后的单位成本可降低至5000元/kW或1250元/kWh,典型项目的投资回收期约为4-6年,全寿命周期度电成本约为0.2-0.4元/kWh。
 

来源:中关村储能产业技术联盟——“ESIC2017”系列报道—2017储能技术创新典范TOP10


责任编辑: 石伟

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