Tecnologia di accumulo dell'energia nell'aria compressa

Aria compressa accumulo di energia utilizza l'elettricità in eccesso del sistema di alimentazione durante il periodo di basso carico. Il compressore d'aria è azionato da un motore elettrico per comprimere l'aria in una grotta sotterranea chiusa di grande capacità come camera di stoccaggio del gas. Può anche essere una miniera abbandonata, un serbatoio di gas sottomarino affondato, una grotta, un pozzo di petrolio e gas scaduto o un pozzo di stoccaggio di gas di nuova costruzione. Quando il sistema di alimentazione genera elettricità insufficiente, l'aria compressa viene miscelata con petrolio o gas naturale attraverso uno scambiatore di calore e bruciata, quindi immessa nella turbina per generare elettricità.

Il sistema CAES comprende principalmente componenti chiave come generatori, compressori, camere di combustione, camere di stoccaggio del gas, espansori e motori elettrici ed è diviso in due processi: accumulo di energia e rilascio di energia. Nel processo di accumulo dell'energia, l'energia rinnovabile come l'energia eolica e l'energia fotovoltaica viene utilizzata per azionare il compressore per comprimere l'aria e immagazzinare aria ad alta pressione nella camera di stoccaggio del gas; nel processo di rilascio dell'energia, l'aria ad alta pressione nella camera di stoccaggio del gas spinge l'espansore a generare elettricità.

L'accumulo di energia nell'aria compressa può essere principalmente suddiviso in due processi lavorativi fondamentali: accumulo di energia e rilascio di energia:

Quando immagazzina energia, il motore aziona il compressore per assorbire l'aria dall'ambiente, comprimerla ad uno stato di alta pressione e immagazzinarla nel dispositivo di stoccaggio del gas. In questo processo l'energia elettrica viene convertita nell'energia interna dell'aria compressa.

Quando viene rilasciata energia, l'aria compressa immagazzinata nel dispositivo di stoccaggio del gas entra nella turbina ad aria per espandersi e generare elettricità. In questo processo l'energia interna e l'energia potenziale contenuta nell'aria compressa vengono riconvertite in energia elettrica.

Il ruolo dell'accumulo di energia nell'aria compressa

1. Stoccaggio di energia ad alta potenza

La potenza di una singola unità può raggiungere centinaia di megawatt e la potenza può essere regolata in tempo reale durante il funzionamento effettivo.

2. Stoccaggio di energia a lungo termine

È possibile ottenere un accumulo di energia a lungo termine per la programmazione giornaliera, settimanale o anche stagionale.

3. Alimentazione a lungo termine

L'alimentazione a lungo termine può essere ottenuta regolando la potenza di uscita.

4. Stoccaggio multi-energia e fornitura multi-energia

Le capacità di stoccaggio e fornitura multi-energia possono essere combinate con il solare termico, geotermico e il calore di scarto industriale come hub energetico per sistemi di energia pulita.

Classificazione dell'accumulo di energia nell'aria compressa e percorso tecnico Classificazione dell'accumulo di energia nell'aria compressa

1. Accumulo supplementare di energia con aria compressa a combustione

Principio di funzionamento:

Basandosi sul ciclo energetico del gas, un bruciatore viene posizionato davanti all'espansore del sistema di accumulo dell'energia dell'aria compressa e il gas naturale e altri combustibili vengono miscelati con aria compressa per la combustione per aumentare la temperatura dell'aria aspirata dall'espansore della turbina ad aria.

Caratteristiche tecniche

Struttura semplice, elevata maturità tecnica, funzionamento affidabile delle apparecchiature, bassi costi di investimento, lunga durata e caratteristiche di risposta rapida simili alle centrali elettriche a gas;

Nell’attuale contesto di forte sviluppo dell’energia verde e di controllo delle emissioni di carbonio, le emissioni di carbonio sono diventate il suo più grande svantaggio.

2. Stoccaggio adiabatico dell'energia dell'aria compressa

Principio di funzionamento

Aumentando il rapporto di compressione monostadio del compressore, si ottiene e immagazzina un grado più elevato di energia termica compressa; durante il processo di rilascio dell'energia, il calore di compressione immagazzinato viene utilizzato per riscaldare l'aria in ingresso dell'espansore della turbina per ottenere l'accumulo di energia nell'aria compressa senza la necessità di rifornimento di carburante. A seconda delle diverse temperature di accumulo del calore, può essere suddiviso in due percorsi tecnici: alta temperatura (>400 ℃) e media temperatura (<400℃).

Caratteristiche tecniche

Lo stoccaggio adiabatico dell'energia tramite aria compressa ad alta temperatura presenta colli di bottiglia tecnici nelle tecnologie di compressione a temperatura ultraelevata e di stoccaggio del calore solido ad alta temperatura, che li rendono difficili da realizzare;

L'attrezzatura chiave per lo stoccaggio adiabatico dell'energia con aria compressa a media temperatura dispone di una tecnologia matura, di costi ragionevoli, di una forte stabilità e controllabilità del sistema e della capacità di stoccaggio multi-energia e di fornitura multi-energia, che è un'applicazione ingegneristica di facile realizzazione.

3. Stoccaggio di energia mediante aria compressa isotermica

Principio di funzionamento

La compressione e l'espansione dell'aria vengono ottenute utilizzando un processo quasi isotermico. Durante il processo di compressione, il calore di compressione e l'energia potenziale di pressione vengono separati in tempo reale, in modo che l'aria compressa non subisca un notevole aumento di temperatura; durante il processo di espansione, il calore di compressione immagazzinato viene restituito all'aria compressa in tempo reale, in modo che l'aria compressa non subisca un grande calo di temperatura.

Caratteristiche tecniche

I vantaggi dell'accumulo isotermico di energia ad aria compressa sono la struttura semplice del sistema e i bassi parametri operativi, ma la potenza installata è generalmente ridotta, l'efficienza di accumulo dell'energia è bassa e il processo di compressione isotermico e il processo di espansione sono difficili da ottenere. È adatto solo per scenari di accumulo di energia di piccola capacità.

4. Accumulo composito di energia ad aria compressa non supplementare

Principio di funzionamento

L’energia solare termica, l’energia geotermica e il calore di scarto industriale possono tutti soddisfare le esigenze di riscaldamento del sistema di accumulo di energia ad aria compressa durante il processo di espansione. Questo sistema che realizza l'accumulo di energia dell'aria compressa non supplementare attraverso la combinazione di più sistemi di energia è chiamato sistema di accumulo di energia dell'aria compressa composito e il suo principio di funzionamento è simile a quello dell'accumulo di energia dell'aria compressa adiabatico.

Caratteristiche tecniche

Il sistema composito di accumulo di energia ad aria compressa ha una forte capacità di accumulo multi-energia e di fornitura multi-energia, che può realizzare lo stoccaggio, la conversione e l'utilizzo di varie forme di energia, soddisfare diverse forme di domanda di energia e migliorare l'efficienza di utilizzo globale di energia del sistema.

5. Stoccaggio di energia nell'aria liquefatta a freddo profondo

Principio di funzionamento

Lo stoccaggio di energia con aria liquefatta a freddo profondo è simile allo stoccaggio adiabatico di energia con aria compressa in termini di compressione, espansione e accumulo di calore. La differenza è che lo stoccaggio dell'energia con aria liquida aggiunge un sistema di stoccaggio a freddo, che comprende il raffreddamento, la liquefazione, la separazione, l'immagazzinamento dell'aria durante lo stoccaggio dell'energia e la gassificazione dell'aria durante il rilascio dell'energia.

Caratteristiche tecniche

Il vantaggio più grande è che l’aria viene immagazzinata in forma liquida a pressione normale, con un’elevata densità di accumulo di energia, che può ridurre notevolmente il volume del sistema di stoccaggio del gas e ridurre la dipendenza della centrale elettrica dalle condizioni del terreno. Tuttavia, a causa dell’aggiunta di un sistema di conservazione frigorifera, la struttura del sistema risulta più complicata.