Í hnattrænum umskiptum yfir í hreina orku bjóða breytilegir endurnýjanlegir uppsprettur eins og sól og vindur upp á gríðarlega möguleika en bjóða einnig upp á stórar áskoranir. Hlé þeirra-sem rekið er af veðri, dag-næturlotum og árstíðabundnum breytingum- leiðir oft til skerðingar (sóun á orku) eða óstöðugleika nets. Þrýstiloftorkugeymsla (CAES) stendur sem þroskuð, stór-lausn sem breytir umframrafmagni í þjappað loft til geymslu og losar það eftir þörfum til að framleiða orku, gleypir og nýtir á áhrifaríkan hátt vind- og sólarorku á sama tíma og tryggir stöðugleika og jafnvægi netsins.
CAES geymir raforku sem vélrænan möguleika með því að þjappa lofti, sem gerir geymslutíma kleift frá klukkustundum til vikna með lágmarks tapi. Þegar þörf er á er þjappað loft sleppt til að knýja hverfla og framleiða rafmagn. Þessi tækni er sérstaklega vel-hentuð fyrir stóra-langtíma-geymslu, sem umbreytir endurnýjanlegum hlutum með hléum í sendanlegt, áreiðanlegt afl sem uppfyllir kröfur allan sólarhringinn-.
Undirliggjandi tækni og meginreglur
Kjarni CAES liggur í varmafræði gasþjöppunar og þenslu. Loft hitnar við þjöppun og kólnar við stækkun. Mikil afköst eru háð skilvirkri hitastjórnun:
Hefðbundið (diabatískt) CAES: Þjöppunarhiti er dreift í gegnum millikælara og eldsneyti (venjulega jarðgas) er notað til að hita loftið aftur fyrir stækkun. Skilvirkni-fram og til baka er venjulega 40–55%.
Advanced Adiabatic CAES (AA-CAES): Þjöppunarhiti er tekinn og geymdur í varmaorkugeymslukerfum (TES)-eins og pökkuðum steinbeðum, bráðnu salti eða varmaolíu-til endurnotkunar við stækkun. Nýtni nær 70% eða meiri án jarðefnaeldsneytisnotkunar.
Jafnhita/Nálægt-Ísóhita CAES: Háþróaðir varmaskiptar eða vatnsúðar halda nærri-föstu hitastigi við þjöppun og þenslu, með fræðilega skilvirkni upp á 80–95% í þróunarkerfum.
Nútíma CAES verksmiðjur starfa við þrýsting upp á 4–7 MPa (40–70 bör) og treysta á hið fullkomna gaslögmál fyrir orkugeymslu. Ólíkt rafhlöðum skarar CAES fram úr í langtíma-gígavatta-skala forritum með hverfandi niðurbroti í áratugi.
Lykilbúnaður og íhlutir
Dæmigerð CAES aðstaða samanstendur af:
Þjöppur: Fjöl-rafmagns túrbó-þjöppur knúnar af umframrafmagni, sem þrýsti lofti í umhverfið með því að nota lág-- og há-þrýstiþrep með millikælingu.
Loftgeymsla: Neðanjarðarhellar (salthvelfingar, tæmd gassvæði eða vatnslög) eða gerviílát með mikilli-þéttleika yfir-jörðu (eins og pípufylki). Salthellir eru vinsælir vegna ógegndræpis og þrýstings-þols á hjólreiðum á 300–1.500 metra dýpi.
Varmastjórnunarkerfi(í háþróaðri hönnun): Varmaskiptar og TES einingar sem fanga og geyma þjöppunarhita.
Stækkarar/túrbínur og rafala: Há- og lág-túrbó-þenslutæki tengd rafala. Hefðbundin kerfi nota brennslutæki til upphitunar; háþróuð adiabatic kerfi endurnýta TES hita.
Hjálparkerfi: Þrýstýringar, tvíátta mótor/rafallar og nettengibúnaður.
|
Nei. |
Nafn búnaðar |
Aðalvirkni |
Tæknilegir eiginleikar og meginreglur |
Stuðningslýsing lýsing |
|
1 |
Þjöppur |
Hleðslu-fasa orkuver: umbreytir afgangsrafmagni í þjappað-mögulega orku |
Fjölþrepa raftúrbó-þjöppur (ás eða miðflótta), sem starfa við 4–7 MPa (40–70 bör), búnar millikælum og varma-endurheimtarkerfum; drif með breytilegum-hraða gera kleift að bregðast hratt við endurnýjanlegum sveiflum |
Heill kerfisskipulag sem sýnir þjöppu lestina |
|
2 |
Loftgeymslukerfi |
Langtíma-geymsla þjappaðs lofts (klst. til vikur) |
Neðanjarðar salthellir (300–1.500 m dýpi) eða hár-þéttleiki fyrir ofan-jarðpípu-skip; hannað fyrir endurteknar þrýstihringrásir með nánast-núlleka |
Þversniðsmynd sem sýnir bæði neðanjarðarhelli og yfirborðshitastjórnunarviðmót- |
|
3 |
Varmastjórnun og varmaorkugeymslukerfi (TES). |
Taktu, geymdu og endurnotaðu þjöppunarhita fyrir mikla-skilvirkni,-eldsneytislausa notkun |
Varmaskiptar (HX1/HX2) paraðir við TES miðla (keramikbeð, bráðið salt eða varmaolíu) sem geymir hita allt að 600 gráður; endurheimt með lokuðum-lykkju nær fram og til baka-hagkvæmni yfir 70% |
Hleðslu-fasahita-flæðisteikning + heildarmynd af samþættingu kerfisins |
|
4 |
Stækkarar, túrbínur og rafalar |
Afhleðslu-fasa raforkuver: breytir geymdu þjöppuðu lofti í rafmagn |
Fjölþrepa túrbó-þensluvélar (há- og lág-þrýstingur) tengdur beint við samstillta rafala; fullu álagi náð á innan við 10 mínútum með enga brennslulosun í háþróaðri hönnun |
Raunverulegur-heimsútvíkkandi-rafallsuppsetning ljósmynd |
|
5 |
Hjálparkerfi |
Tryggja öruggan, skilvirkan rekstur verksmiðjunnar og samþættingu nets |
Þrýstiþrýstings-stýrilokar, tvíátta mótor-rafallar, SCADA eftirlit, netrofabúnaður, kæliturna og umfangsmikið lagnakerfi |
Innan úr túrbínusal sem sýnir samþætt lagna- og rafkerfi |
Einingahönnun CAES leyfir sjálfstæða hagræðingu á þjöppunar-, geymslu- og stækkunargetu, sem skilar rekstrarsveigjanleika sem er óviðjafnanlegt við marga aðra geymslutækni.
Rekstrarferlar
CAES starfar í tveimur aðaláföngum:
Hleðslufasi (þjöppun).: Á tímabilum með mikilli endurnýjanlegri framleiðsla eða lítilli eftirspurn knýr umframrafmagn þjöppurnar áfram. Lofti er þjappað saman í mörgum áföngum (upphitun), kælt og sprautað í geymslu. Í háþróuðum adiabatískum kerfum er útdreginn varmi geymdur í TES.
Losunarfasi (stækkun/kynslóð).: Þegar eftirspurn toppar eða endurnýjanleg efni eru ófullnægjandi, losnar þjappað loft, forhitað (með því að nota TES hita eða viðbótareldsneyti), þenst út í gegnum hverfla til að knýja rafala og útblásið sem kaldara loft. Kerfið getur náð fullum álagi á innan við 10 mínútum, sem gerir það tilvalið fyrir jafnvægi á neti, tíðnistjórnun og snúningsforða.
Plöntur geta hjólað daglega eða árstíðabundið með mjög lágum-sjálfhleðsluhraða. Dæmi um rótgróið nytjastærð- eru Huntorf verksmiðjan í Þýskalandi (321 MW, starfrækt síðan 1978) og McIntosh verksmiðjan í Bandaríkjunum (110 MW, síðan 1991).
Raunveruleg-tilviksrannsókn í heiminum: 100 MW háþróað sýningarverkefni fyrir þjappað loftorkugeymslu
Sem flaggskipsdæmi um árangursríka framkvæmd CAES-verkefnis sýnir 100 MW háþróaða þjappað loftorkugeymsla í Kína fram á þroska tækninnar og stóra-notkunarmöguleika. Þróuð undir forystu Institute of Engineering Thermophysics, Kínverska vísindaakademíunnar, er hún fyrsta háþróaða CAES stöðin í heiminum í 100 MW -flokki og sem stendur stærsta og -hagkvæmasta háþróaða CAES verksmiðjan í rekstri.
Upplýsingar um kerfisstillingar:
Getu: 100 MW afköst / 400 MWst orkugeymsla.
Tækni Tegund: Háþróuð adiabatic CAES (AA-CAES) með yfirkritískri varmageymslu, ofurkritískri hitaskipti, mikilli-álagsþjöppun/stækkun og fullri kerfissamþættingu-útrýma algjörlega háð jarðefnaeldsneyti.
Geymsluaðferð: Geymsluhylki fyrir gerviloft með miklum {-þéttleika (pípu-flokkahönnun), eykur orkuþéttleika og dregur úr trausti á stórum neðanjarðarhellum.
Skilvirkni: Skilvirkni-fram og til baka 70,4%.
Frammistöðubreytur: Árleg framleiðsla fer yfir 132 milljónir kWh, sem nægir til að mæta hámarks raforkuþörf fyrir um það bil 50.000 heimili; sparar 42.000 tonn af hefðbundnum kolum og dregur úr losun CO₂ um um 109.000 tonn á ári.
Lykilbúnaður: Fjöl-þrepa þjöppur, hverflastækkarar/rafallasett, yfirkritískt TES varmageymslukerfi og há-pípu-fylkisgeymsluhylki.
Staðsetning: Guyuan County, City, Hebei Province, innan Miaotan Cloud Computing Industrial Park; tekur um það bil 5,7 hektara. Verkefnið var nettengd- árið 2022 og er komið í undirbúning fyrir atvinnurekstur.
Þetta verkefni sýnir fram á getu okkar til að framkvæma stórfelldar -CAES frumkvæði með góðum árangri með því að endurheimta þjöppunarhita, hámarka varmastjórnun og nota mátahönnun til að sigrast á hefðbundnum takmörkunum í skilvirkni, eldsneytisháð og vali á vefsvæði. Það veitir dýrmæta-verkfræðilega sannprófun í heiminum og stigstærð líkan fyrir samþættingu endurnýjanlegrar orku á heimsvísu.
Hvernig CAES auðveldar skilvirka frásog og nýtingu vind- og sólarorku
Breytileiki vind- og sólarorku leiðir oft til umframrafmagns sem getur ekki tekið upp að fullu af netinu. CAES þjónar sem „stuðdeyfi“ fyrir ristina og tekur beint á þessu vandamáli:
Gleypa afgangsorku: Við sterka vinda eða hámarks geislun sólar er umframorka notuð til að þjappa saman og geyma loft neðanjarðar, sem kemur í veg fyrir skerðingu.
Jöfnunarúttak: CAES aftengir framleiðslu frá neyslu, losar geymda orku á rólegum tímum eða eftir sólsetur til að skila stöðugu, fyrirsjáanlegu afli.
Stöðugleiki og samþætting nets: Hröð viðbrögð þess styður tíðnistjórnun, spennustýringu og svarta-startþjónustu. Vind-sólar-CAES blendingskerfi búa til „raunverulegar grunnálags“ plöntur, sem dregur úr trausti á jarðefnaeldsneyti-hámarka.
Efnahagslegur og umhverfislegur ávinningur: CAES lækkar umtalsvert geymslukostnað, bætir nýtingarhlutfall endurnýjanlegra og dregur úr kolefnislosun (sérstaklega í háþróaðri adiabatískum stillingum). Það er sérstaklega samkeppnishæft fyrir stóra-endurnýjanlega samþættingu til lengri-tíma.
Sam-staðsetning CAES ásamt vindorkuverum eða sólarstöðvum hámarkar flutningsinnviði og opnar aukatekjur í gegnum orkusparnað, afkastagetumarkaði og stoðþjónustu.
Horft fram á við: CAES sem hornsteinn endurnýjanlegrar orkustöðva
CAES hefur þróast frá uppruna sínum á áttunda áratugnum í sveigjanlega-langtíma geymslutækni með gígawatt-stunda-möguleika. Háþróuð afbrigði af geislavirkum og jafnhitalausum afbrigðum koma algjörlega í veg fyrir notkun jarðefnaeldsneytis og passa fullkomlega við -núllmarkmiðin. Sveigjanleiki þess og landfræðileg aðlögunarhæfni (þar sem viðeigandi jarðfræði er til staðar) gerir kleift að breyta vind- og sólarauðlindum með hléum í áreiðanlega,-verðmæta raforku.
Vel heppnuð verkefni eins og staðfesta að CAES tæknin er að fullu tilbúin til notkunar í viðskiptalegum-stærð. Með því að samþykkja CAES getur endurnýjanlega orkugeirinn sigrast á stærstu áskorun sinni-breytileika-með því að hraða hreinni orkubreytingu og skila fyrirtækjum, iðnaði og samfélögum um allan heim efnahagslegt seiglu og orkuöryggi. Áframhaldandi verkefni í Kína og á alþjóðavettvangi gefa til kynna að samþættar -sólar-CAES raforkustöðvar séu ekki lengur framtíðarsýn heldur núverandi veruleiki-sem skilar hreinu, sendanlegu rafmagni hvenær sem er og hvar sem þess er þörf.
