压缩空气蓄能（CAES）系统综述

介绍了一种新型的大规模蓄能技术——压缩空气蓄能（Compressed Air Energy Storage,CAES）,CAES系统响应快、容量大、成本低、寿命长,逐渐成为了全球第二大蓄能技术。根据CAES系统的容量不同,将CAES系统划分为大型CAES、小型CAES和微型CAES3种,并针对3种不同容量级的CAES,详细介绍了其组成及现状,对技术特点与难点和应用领域及场景进行了分析与概述。对CAES系统的研究方向与发展前景进行了展望。     

共享设备的恒压喷水压缩空气储能系统性能

提出一种新型恒压喷水压缩空气储能系统,利用废弃煤矿等地下洞穴,在水下布置尼龙布管储存压缩空气,形成以地下洞穴为下库,地面水池为上库的水力辅助恒压压缩空气储气体系;膨胀与压缩过程采用单级多缸随转式膨胀压缩两用机实现,导热油蓄能和放能过程采用共享设备原路返回方案。通过建立系统的热力学模型,分析了在空气入口处喷水控制压缩空气出口温度,以及由地下洞穴深度确定的压缩段出口空气压力,环境温度等因素对系统性能的影响。分析表明：在压缩机出口压力及温度为10 MPa和320℃、环境温度25℃、换热端差10℃和膨胀压缩两用机等熵效率0.85的工况条件下,储能系统转换效率达到66.6%。     

压缩空气蓄能调节太阳能系统输出 功率建模与研究

太阳能的间歇性和波动性不利于太阳能发电大规模并网,实施电力储能可平抑输出功率波动,改善电能质量。目前,我国大规模的电力储能只有抽水蓄能,却受到水资源的限制而无法普遍开展。提出了基于压缩空气蓄能（compressed air energy storage, CAES）的太阳能发电站功率调节系统,给出了CAES调节系统额定功率、容量等系列关键参数的设计方案,并选取案例对CAES系统仿真模拟。结合电站所在地区负荷变化及与局域电网电能交换数据,对比了采用CAES功率调节系统前后太阳能发电并网对局域电网的影响,分析结果表明CAES调节太阳能发电能有效地缓解对局域电网的冲击。     

压缩空气储能技术现状与发展趋势

在分析传统压缩空气储能（CAES）技术的工作原理和技术特点的基础上,介绍了压缩空气储能技术的发展,包括非绝热压缩空气储能技术（D-CAES）、绝热压缩空气储能技术（A-CAES）、液化空气储能技术（LAES）和超临界压缩空气储能技术（SC-CAES）等,并给出了评价不同系统性能的技术参数。以国际上第一座压缩空气储能电站——德国Huntorf电站的运行参数和相关情况为例,分析了D-CAES技术的应用情况;对压缩空气储能技术在美国及其他国家和地区的应用和发展现状进行分析。通过对比不同的压缩空气储能技术方案,分析了A-CAES、LAES、SC-CAES及LCES储能系统的先进性、竞争优势与不足,分析了未来CAES技术的发展趋势。     

地下含水层储能在空调领域的应用

能源危机和热岛效应成为制约城市发展的重要因素。提出利用地下含水层储能技术应对这些问题。首先阐述了含水层储能的基本原理,介绍了地下含水层储能的研究,并将其与传统供热（制冷）方式进行了对比。同时,介绍了含水层储能系统的分类及几种储能类型的优缺点。在上述基础上分析含水层储能的技术难点和在实际应用中遇到的问题,提出了相应的解决办法。最后分析了地下含水层储能技术在空调领域中使用的可行性。     

多井同期抽灌储能模式咸水层热运移特性研究

基于含水层储能水、热运移的基本理论与控制方程,针对地下咸水层储能过程中渗流溶液密度及粘滞性系数变化显著的特点,对现有的地下含水层储能数学模型进行修正、完善,建立地下咸水层耦合储能模型,探索不同储能模式下含水层温度场变化规律及阶段性热量运移特征。研究结果得到,采用地下原水与去离子水回灌时,在储热运行期与间歇停运期粗粉砂层中热作用半径变化率分别为0.272m/d、0.008m/d,0.348 m/d、-0.04 m/d。在储能阶段,伴随回灌溶液温度上升、盐度降低,地下水渗流速度上升,导致对流换热与热弥散效应增强；间歇阶段,则由于地下咸水与回灌溶液间盐度梯度增大,在分子扩散作用下回灌溶液温度场影响范围减弱。     

压缩空气蓄能系统热经济学分析

采用热经济学分析方法对超临界压缩空气蓄能系统与压缩空气蓄能系统(CAES)的经济性进行分析.系统输入电能以大工业110 kV低谷电价0.309 9元/(kW·h)和燃气价格为2元/m3为例进行计算,利用EES软件进行模拟.结果表明:超临界压缩空气蓄能系统较CAES更为经济有效,可以达到调节电网负荷的目的,且可以提高可再...     

压缩空气储能系统储气装置研究现状与发展趋势

压缩空气储能被认为是最具发展潜力的大规模物理储能技术,储气装置作为压缩空气储能系统的关键环节,对系统高效、稳定和安全运行具有重要影响.近些年来,随着压缩空气储能技术的快速发展,储气装置的研究备受人们关注.储气装置的特点主要取决于其材料属性,因此本文根据材料不同对储气装置进行分类,并着重论述了天然地下洞穴储气、人造洞室储气、金属材料储气以及复合材料储气的应用.对比分析表明,天然地下洞穴储气规模大、成本低,但是依赖于特殊地质和地理条件,因此应积极探索具有灵活布置特性的新型储气方案.进一步地,本文阐述了不同类型储气装置当前所面临的挑战,分别探讨了储气装置精准热力学模型建立、地下洞穴储气稳定性评价以及复合材料储气结构特性研究中亟需解决的重点和难点,并对未来储气装置的发展趋势以及研究热点进行了展望和总结.旨在为压缩空气储能系统储气装置的选型和理论研究提供指导,为改善压缩空气储能系统和储气装置性能提供借鉴.     

储气蓄能发电

储气蓄能发电(简称CAES)的功能一如抽水蓄能发电，是利用电网低谷富裕的电力，用电动机压气机组输出的压缩空气储存起来，电网高峰时再利用已储存的压缩空气，经一定的工序发电，CAES适用于燃气轮发电机组，亦适用于燃气-蒸汽联合循环机组。电网低谷多余的电将发电电动两用电机当作电动机驱动压气机，将压缩空气送往天然大容器中，如岩洞或已废弃的地下矿床。这些岩洞或废矿应事先测量其容积并封闭之，且能承受一定的压力。当电网高峰时储存的压缩空气经热交换器加热后送入燃气轮机组的燃烧室，产生的高温压力燃气经燃气轮发电机组发出电力。     

压缩空气储能技术经济特点及发展趋势北大核心CSCD

近年来,压缩空气储能作为新型储能的一种重要类型,受到业界越来越多的关注。自2021年以来已有多个10 MW级以上项目陆续并网,压缩空气储能的技术正在逐步成熟,产业化进程开始加速。本文首先简要介绍了压缩空气储能的技术路线和4个关键环节,并将后续研究聚焦于目前技术相对成熟且工程应用最多的绝热压缩空气储能。接着通过梳理分析已建、在建和规划项目的技术经济指标,总结提出技术经济特点及发展趋势。在技术层面,压缩空气储能具有运行寿命长、涉网性能良好、安全风险小等优势,未来将向大规模、高效率、系统化方向发展。在经济层面,压缩空气储能目前造价水平较高,随着产业成熟和技术进步,未来基于盐穴和人工硐室储气的压缩空气储能造价有望低于现有大中型抽水蓄能造价水平,基于管线钢的压缩空气储能造价有望与同等规模中小型抽水蓄能造价水平相当。最后,本文讨论了压缩空气储能的投资成本回收问题,在当前市场环境下压缩空气储能难以获得合理投资回报,需要政策引导支持。建议按照由点及面、示范先行的思路,初期从示范项目入手给予一定电价政策。     

The thermodynamic effect of thermal energy storage on compressed air energy storage system

With the increasing penetration of renewable energy into energy market, it is urgent to solve the problem of fluctuations of renewable energy sources (RES). Energy storage technology is regarded as one method to cope with the unstable nature of RES. One of these technologies is compressed air energy storage (CAES), which is a modification of the basic gas turbine technology. Electric power supplied by CAES can meet peak-load requirement of electric utility systems. Because there is heat waste in the existing CAES systems during compression process, fossil fuels are used to improve the expansion work to generate peak power. In order to avoid the use of fuels and keep high efficiency of system, CAES system with thermal energy storage (TES) is designed to capture and reuse the compressed air heat. This paper uses a thermodynamic model of a CAES system with TES to analyze the effect of TES on system efficiency. Besides, this paper evaluates the influence of temperature and pressure on the utilization of heat in TES. Results show that even when power efficiency reaches maximum, there is still a proportion of thermal energy left in TES for other use. Meanwhile, the utilization of heat in TES can be affected by pressure in the air storage chamber. With appropriate selection of pressure limits, the utilization of compressed air heat can be optimized.     

压缩空气储能系统的理论分析及性能研究

压缩空气储能技术和抽水蓄能技术是两种最具潜力的电能规模化储存技术。构建了四套压缩空气储能方案,结合热力学第一定律对高压储罐内压缩空气的温度与压力参数的变化规律以及不同储能方案性能进行了比较。研究结果表明,高压储罐在与环境换热较差时,高压储罐的充气过程会经历较为明显的温升现象。200 m3储罐以1.0 kg/s流速充气至10 MPa时,温升幅度为22.46 ℃,储气过程的温升现象降低了储罐的空气容纳能力。在压缩空气储能系统性能方面,四套储能系统的热耗位于4 100 kJ/kW·h至4 200 kJ/kW·h之间,系统效率位于52.30%与56.33%之间。在储能系统效率与对外输出电能总量指标上,高压储罐与环境之间换热性能较好的储能系统均要优于换热条件较差的储能系统。     

Operating characteristics of constant-pressure compressed air energy storage (CAES) system combined with pumped hydro storage based on energy and exergy analysis

Energy storage systems are becoming more important for load leveling, especially because of the widespread use of intermittent renewable energy. Compressed air energy storage (CAES) is a very promising method for energy storage because CAES relies on existing technologies, is less expensive, and easier to site and permit, as compared to pumped hydro storage. But, in the case of CAES employing hard rock caverns or man-made air vessels, although the smallest possible cavern volume is desirable in order to minimize the construction cost and optimize utilization of the given space, the operating pressure range in the cavern must be limited in order to reduce the deterioration in efficiency of the CAES system at off-design conditions. In this paper, a new constant-pressure CAES system combined with pumped hydro storage was studied to address the current problem associated with the conventional CAES systems. An energy and exergy analysis of the novel CAES system was performed in order to understand the operation characteristics of the system according to several different compression and expansion processes; we then examined the effects of the height of the storage cavern and heat transfer between two media (air, water) and the cavern on the performance of the novel CAES system.     

压缩空气储能示范进展及商业应用场景综述

    [目的]   近年来,储能技术及储能产业发展受到的关注度持续升温。    [方法]   在此背景下,对压缩空气储能技术及其商业应用场景进行了分析与综述。通过梳理国内致力于压缩空气储能技术示范的研究团队及其技术特点,较为全面地反映了国内压缩空气储能技术的发展方向;在此基础上,介绍了已投运数十年的德国汉特福及美国阿拉巴马州两座商业化压缩空气储能电站的配置参数及运行经验,综述了近年来国内外针对多种新型压缩空气储能技术的示范进展状况。结合压缩空气储能技术梳理、商业化储能电站回顾及新型压缩空气储能技术示范进展综述三方面的工作,可为国内压缩空气储能技术发展及国家多部委大力推动的储能行业发展提供借鉴。最后,从电源侧储能、电网侧储能及用户侧储能三类应用场景分析了压缩空气储能技术的适应性及应用潜力。    [结果]   德国及美国两座商业化压缩空气储能电站数十年的可靠运行经验,检验了压缩空气储能电站长期运行的可靠性。与此同时,国内自500 kW至10 MW等多容量规模压缩空气储能示范工程的先后投建,表明此项储能技术在国内已实现由理论研究阶段向示范验证阶段的突破。    [结论]   在当下政策环境,用户侧峰谷电价政策是较为典型的储能应用场景边界条件,在压缩空气储能技术推广中可以重点考虑。     

等温压缩空气储能系统液气传热特性研究

等温压缩空气储能（I CAES）无需补燃、能源利用率高且碳排放低,在大规模储能领域具有重要应用前景。在建立喷雾的I CAES系统的液气传热模型基础上,通过数值方法分析了喷雾流量对I CAES液气传热特性的影响规律。结果表明：采用喷雾方法能够有效抑制压缩和膨胀过程的温度变化、强化液气传热并实现理想I CAES过程;增大喷雾流量能够降低压缩功耗、提高膨胀做功并降低停机储气过程压损,可提高系统指示效率和储能效率。     

Design of optimum compressed air energy-storage systems

Compressed air energy storage (CAES) power systems are being considered by electric utilities for load-leveling application. Their economic benefit and the extent of premium fuel conservation is dependent on their design. An optimum design approach for CAES is presented in this paper. It is based on decomposition of the overall CAES plant/utility grid system into three partially-decoupled sybsystems. Technical and economic models of the subsystems are used in a constrained optimization procedure. The constraints are imposed by the physical characteristics of the subsystems, by interaction among the subsystems and by the interfacing requirements imposed by the utility.To illustrate the concepts, models for the system comprising the compressor train, piping, and an aquifer reservoir have been used in the optimization procedure. Results from these studies show that substantial reductions in capital cost and total operating cost can be achieved using optimization techniques.     

An operation control strategy for a virtual pumped storage system based on a linear motor

储能技术是智能电网的关键技术之一，对新能源大规模并网消纳、实现"两个替代"、完成能源结构转型具有重要意义。根据热力学原理分析，等温压缩空气储能技术在理论上具有更高的效率，因此提出了基于等温压缩空气储能原理的虚拟抽水蓄能系统，以及适用于该系统稳定运行的恒功率运行控制策略和适用于电力系统对储能电站功率可调控需求的功率调整运行控制策略，采用基于SVPWM的磁场定向矢量控制方法，借助MATLAB/SIMULINK平台，研究其基于直线电机的系统运行控制策略，通过仿真验证控制策略的可行性。     

Energy and exergy analysis of a micro-compressed air energy storage and air cycle heating and cooling system

Energy storage systems are becoming more important for load leveling, especially for widespread use of intermittent renewable energy. Compressed air energy storage (CAES) is a promising method for energy storage, but large scale CAES is dependent on suitable underground geology. Micro-CAES with man-made air vessels is a more adaptable solution for distributed future power networks. In this paper, energy and exergy analyses of a micro-CAES system are performed, and, to improve the efficiency of the system, some innovative ideas are introduced. The results show that a micro-CAES system could be a very effective system for distributed power networks as a combination that provides energy storage, generation with various heat sources, and an air-cycle heating and cooling system, with a energy density feasible for distributed energy storage and a good efficiency due to the multipurpose system. Especially, quasi-isothermal compression and expansion concepts result in the best exergy efficiencies.