能源革命中的物理儲(chǔ)能技術(shù)
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物理儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
抽水蓄能
抽水蓄能利用電能和水勢能的相互轉(zhuǎn)化進(jìn)行能量存儲(chǔ)，具有效率高、容量大、壽命長、儲(chǔ)能周期不受限制等優(yōu)點(diǎn)，是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的電力儲(chǔ)能技術(shù)。但是，由于抽水蓄能需要建造水庫和水壩，其應(yīng)用受地理?xiàng)l件的限制。表?2?為抽水蓄能技術(shù)特征，典型抽水蓄能電站規(guī)模為?100—3000?MW，主要適用于電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰填谷、能量管理、備用等方面。
抽水蓄能技術(shù)自從?1882?年國際第一座抽水蓄能電站在瑞士使用以來，已經(jīng)發(fā)展近?130?多年，技術(shù)已經(jīng)成熟。目前世界上在運(yùn)營的最大抽水蓄能電站是?1985?年投入運(yùn)行的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站，裝機(jī)容量達(dá)到?30．03?MW。
我國的抽水蓄能技術(shù)研發(fā)與建設(shè)起步較晚，1968年首次在河北省崗南水電站引進(jìn)?2?臺(tái)日本制造的單機(jī)11?MW?混合式抽水蓄能機(jī)組。經(jīng)過?50?余年的發(fā)展，我國抽水蓄能已從引進(jìn)、吸收消化階段轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾餮邪l(fā)階段。2016?年?6?月投入商業(yè)運(yùn)行的浙江仙居抽蓄電站機(jī)組是我國真正意義上第一臺(tái)完全自主設(shè)計(jì)、自主生產(chǎn)、自主安裝運(yùn)營的設(shè)備，也標(biāo)志著我國打破國外的技術(shù)壟斷，完整掌握大型抽水蓄能電站核心技術(shù)。
總體來說，抽水蓄能技術(shù)正朝著大容量、高水頭、高效率、智能化方向發(fā)展，具體關(guān)鍵技術(shù)包括：高水頭大功率水泵水輪機(jī)、高轉(zhuǎn)速大功率發(fā)電機(jī)、變速調(diào)節(jié)控制、無人化智能控制與集中管理、信息化施工、隧道掘進(jìn)機(jī)開挖技術(shù)、新型鋼材和瀝青混凝土技術(shù)等。
壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)
傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，利用電能和空氣內(nèi)能進(jìn)行能量儲(chǔ)存的系統(tǒng)。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有容量較大、周期長、壽命長、投資相對小等優(yōu)點(diǎn)，但由于其不是一項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)，必須同燃?xì)廨啓C(jī)電站配套使用，依賴燃燒化石燃料提供熱源，且依賴大型儲(chǔ)氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，因此應(yīng)用也受到地理?xiàng)l件的限制。表?3?為壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)特征，可見，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與抽水蓄能技術(shù)特性相似，其應(yīng)用領(lǐng)域與抽水蓄能也相同。
傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)自從?1949?年?Stal Laval?提出利用地下洞穴實(shí)現(xiàn)壓縮空氣儲(chǔ)能以來，國際上只有兩座大規(guī)模傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能電站投入商業(yè)運(yùn)行，分別是德國的?290?MW Huntorf?電站和美國的?110?MW McIntosh?電站。此外，日本建設(shè)?2?MW?傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能示范電站。我國只進(jìn)行了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)理論研究。
傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)存在依賴大型儲(chǔ)氣洞穴、依賴化石燃料兩大技術(shù)瓶頸，嚴(yán)重限制了其推廣應(yīng)用。近年來，為解決上述技術(shù)瓶頸，國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了多種新型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。目前國際上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)?MW?級示范的系統(tǒng)包括：美國?SustainX?公司等溫壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、美國?General Compression?公司蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、英國?Highview?公司液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。國內(nèi)，中國科學(xué)院工程熱物理研究所于?2009?年在國際上首次提出超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，并研制了國際首套?1．5?MW?和?10?MW?示范系統(tǒng)，系統(tǒng)效率高于全球所有同等規(guī)模系統(tǒng)的效率，并且已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，目前正在開展?100?MW?級系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)與示范。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)正朝著不依賴化石燃料、不依賴大型儲(chǔ)氣室、提高系統(tǒng)效率方向發(fā)展，主要通過提高關(guān)鍵部件技術(shù)性能、優(yōu)化系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等手段來實(shí)現(xiàn)，具體關(guān)鍵技術(shù)包括寬負(fù)荷壓縮機(jī)技術(shù)、高負(fù)荷膨脹機(jī)技術(shù)、高效蓄熱技術(shù)、儲(chǔ)氣技術(shù)和系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等。