Druckluft-Energiespeichertechnologie

Druckluft Energiespeicher nutzt den überschüssigen Strom des Stromnetzes während der Schwachlastphase. Der Luftkompressor wird von einem Elektromotor angetrieben, um die Luft in eine geschlossene unterirdische Höhle mit großem Fassungsvermögen als Gasspeicherkammer zu verdichten. Es kann sich auch um eine verlassene Mine, einen versunkenen U-Boot-Gastank, eine Höhle, eine abgelaufene Öl- und Gasquelle oder eine neu gebaute Gasspeicherquelle handeln. Wenn das Stromnetz nicht genügend Strom erzeugt, wird die komprimierte Luft über einen Wärmetauscher mit Öl oder Erdgas vermischt, verbrannt und dann zur Stromerzeugung in die Turbine eingeleitet.

Das CAES-System umfasst hauptsächlich Schlüsselkomponenten wie Generatoren, Kompressoren, Brennkammern, Gasspeicherkammern, Expander und Elektromotoren und ist in zwei Prozesse unterteilt: Energiespeicherung und Energiefreisetzung. Beim Energiespeicherungsprozess wird erneuerbare Energie wie Windkraft und Photovoltaik genutzt, um den Kompressor anzutreiben, um Luft zu komprimieren und Hochdruckluft in der Gasspeicherkammer zu speichern. Beim Energiefreisetzungsprozess treibt die Hochdruckluft in der Gasspeicherkammer den Expander zur Stromerzeugung an.

Die Speicherung von Druckluftenergie kann hauptsächlich in zwei grundlegende Arbeitsprozesse unterteilt werden: Energiespeicherung und Energiefreisetzung:

Beim Speichern von Energie treibt der Motor den Kompressor an, um Luft aus der Umgebung aufzunehmen, sie auf einen Hochdruckzustand zu verdichten und im Gasspeicher zu speichern. Dabei wird elektrische Energie in die innere Energie der Druckluft umgewandelt.

Bei der Energieabgabe gelangt die im Gasspeicher gespeicherte Druckluft in die Luftturbine, wo sie sich ausdehnt und Strom erzeugt. Dabei wird die in der Druckluft enthaltene innere Energie und potentielle Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt.

Die Rolle der Druckluftspeicherung

1. Hochleistungs-Energiespeicher

Die Leistung einer einzelnen Einheit kann Hunderte von Megawatt erreichen und die Leistung kann während des tatsächlichen Betriebs in Echtzeit angepasst werden.

2.Langfristige Energiespeicherung

Es kann eine langfristige Energiespeicherung für tägliche, wöchentliche oder sogar saisonale Planung erreicht werden.

3.Langfristige Stromversorgung

Eine langfristige Stromversorgung kann durch Anpassung der Ausgangsleistung erreicht werden.

4.Multi-Energiespeicher und Multi-Energieversorgung

Multi-Energie-Speicher- und -Versorgungskapazitäten können mit Solarthermie, Geothermie und industrieller Abwärme als Energiedrehscheibe für saubere Energiesysteme kombiniert werden.

Klassifizierung von Druckluft-Energiespeichern und technischer Weg Klassifizierung von Druckluft-Energiespeichern

1.Zusätzlicher Verbrennungs-Druckluft-Energiespeicher

Funktionsprinzip:

Basierend auf dem Gaskraftkreislauf wird vor dem Expander des Druckluft-Energiespeichersystems ein Brenner angebracht, und Erdgas und andere Brennstoffe werden zur Verbrennung mit Druckluft gemischt, um die Lufteinlasstemperatur des Luftturbinen-Expanders zu erhöhen.

Technische Merkmale

Einfache Struktur, hohe technische Reife, zuverlässiger Anlagenbetrieb, niedrige Investitionskosten, lange Lebensdauer und schnelle Reaktionseigenschaften ähnlich wie bei Gaskraftwerken;

Im aktuellen Kontext der energischen Entwicklung grüner Energie und der Kontrolle der CO2-Emissionen sind die CO2-Emissionen zum größten Nachteil geworden.

2. Adiabatische Druckluft-Energiespeicherung

Funktionsprinzip

Durch die Erhöhung des einstufigen Verdichtungsverhältnisses des Kompressors wird eine höhere Qualität komprimierter Wärmeenergie gewonnen und gespeichert; Während des Energiefreisetzungsprozesses wird die gespeicherte Kompressionswärme verwendet, um die Einlassluft des Turbinenexpanders zu erwärmen, um eine Energiespeicherung in komprimierter Luft zu erreichen, ohne dass Kraftstoff nachgefüllt werden muss. Entsprechend den unterschiedlichen Wärmespeichertemperaturen kann man sie in zwei technische Wege einteilen: Hochtemperatur (>400℃) und Mitteltemperatur (<400℃).

Technische Merkmale

Die adiabatische Hochtemperatur-Druckluft-Energiespeicherung weist technische Engpässe bei der Ultrahochtemperatur-Kompression und der Hochtemperatur-Festkörperwärmespeichertechnologie auf, was ihre Umsetzung schwierig macht.

Die Schlüsselausrüstung der adiabatischen Druckluft-Energiespeicherung bei mittlerer Temperatur verfügt über ausgereifte Technologie, angemessene Kosten, starke Systemstabilität und Steuerbarkeit sowie die Fähigkeit zur Multi-Energie-Speicherung und Multi-Energie-Versorgung, die sich leicht in technischen Anwendungen realisieren lässt.

3.Isotherme Druckluft-Energiespeicherung

Funktionsprinzip

Die Kompression und Expansion der Luft erfolgt durch einen quasi-isothermen Prozess. Während des Kompressionsprozesses werden die Kompressionswärme und die potenzielle Druckenergie in Echtzeit getrennt, so dass die komprimierte Luft keinen großen Temperaturanstieg erfährt; Während des Expansionsprozesses wird die gespeicherte Kompressionswärme in Echtzeit an die Druckluft zurückgegeben, so dass die Druckluft keinen großen Temperaturabfall erfährt.

Technische Merkmale

Die Vorteile der isothermen Druckluft-Energiespeicherung sind eine einfache Systemstruktur und niedrige Betriebsparameter, aber die installierte Leistung ist im Allgemeinen gering, die Energiespeichereffizienz ist gering und der isotherme Kompressionsprozess und der Expansionsprozess sind schwer zu erreichen. Es eignet sich nur für Energiespeicherszenarien mit geringer Kapazität.

4. Zusammengesetzter, nicht ergänzender Druckluft-Energiespeicher

Funktionsprinzip

Solarthermie, Geothermie und industrielle Abwärme können den Wärmebedarf des Druckluftspeichers während des Expansionsprozesses decken. Dieses System, das eine nicht-ergänzende Druckluft-Energiespeicherung durch die Kombination mehrerer Energiesysteme realisiert, wird als zusammengesetztes Druckluft-Energiespeichersystem bezeichnet und sein Funktionsprinzip ähnelt dem der adiabatischen Druckluft-Energiespeicherung.

Technische Merkmale

Das zusammengesetzte Druckluft-Energiespeichersystem verfügt über eine starke Fähigkeit zur Multi-Energie-Speicherung und Multi-Energie-Versorgung, die die Speicherung, Umwandlung und Nutzung verschiedener Energieformen realisieren, unterschiedliche Formen des Energiebedarfs decken und die umfassende Nutzungseffizienz verbessern kann Systemenergie.

5.Tiefkalte Energiespeicherung aus verflüssigter Luft

Funktionsprinzip

Die tiefkalte Energiespeicherung aus verflüssigter Luft ähnelt in Bezug auf Kompression, Expansion und Wärmespeicherung der adiabatischen Energiespeicherung aus komprimierter Luft. Der Unterschied besteht darin, dass die Flüssigluft-Energiespeicherung ein Kältespeichersystem hinzufügt, das die Kühlung, Verflüssigung, Trennung, Speicherung von Luft während der Energiespeicherung und Vergasung von Luft während der Energiefreisetzung umfasst.

Technische Merkmale

Der größte Vorteil besteht darin, dass Luft bei Normaldruck in flüssiger Form gespeichert wird, mit einer hohen Energiespeicherdichte, wodurch das Volumen des Gasspeichersystems erheblich reduziert und die Abhängigkeit des Kraftwerks von den Geländebedingungen verringert werden kann. Aufgrund der Hinzufügung eines Kühlspeichersystems ist der Systemaufbau jedoch komplizierter.