Lưu trữ năng lượng bằng nén không khí

Lưu trữ lượng nén không khí (CAES) công nghệ chi phí thấp để lưu trữ lượng lớn lượng điện theo hình thức không khí áp suất cao Nó số công nghệ lưu trữ lượng phù hợp với thời gian dài(hàng chục giờ), quy mô diện tích (hàng trăm đến hàng ngàn MW) ứng dụng CAES lên năm 1970 lựa chọn chạy phụ tải đỉnh đầy hứa hẹn Giá dầu cao việc mở rộng ngành công nghiệp điện hạt nhân tạo quan tâm công nghệ lưu trữ lượng CAES Giá cao phụ tải đỉnh tiềm cho phụ tải rẻ tiền điện hạt nhân hấp dẫn tùy chọn lưu trữ rẻ tiền cao điểm điện bán điện giai đoạn nhu cầu cao điểm Lưu trữ lượng khí nén hình thức nén không khí lại lưu trữ kho lớn, chẳng hạn hang động muối lòng đất Vào cao điểm, không khí phát làm qua tuabin Chỉ có CAES hoạt động: Huntorf(Đức) McIntosh (Alabam) Điểm hạn chế lớn CAES không hiệu thực tế, nhà máy Huntorf có hiệu 42% nhà máy Alabama không tốt bao Vấn đề không khí bị nén lại nóng lên lạnh loãng dần Do hệ thống CAES thực tế bị lượng trình nén lại nhiệt sinh phải làm nóng không khí trước xả Người ta thường dung khí ga tự nhiên để tạo lượng (làm nóng) nên làm giảm hiệu làm phát thải khí nhà kính CAES nén không khí tích trữ hầm ngầm vào phụ tải thấp để cần, nhả không khí nén trộn với khí tự nhiên để đốt tuabin gia nhiệt lại áp suất cao giãn nở áp suất thấp để phát điện Trong tuabin khí truyền thống, không khí khí nén tới áp suất cao hơn, nhiên liệu đưa vào buồng đốt, kết thu khói nóng áp suất cao, sau giãn nở tuabin Hơn 60% lượng sử dụng để làm quay máy nén khí Gần 40% để làm quay máy phát điện Ngược lại, chu trình CAES/tuabin khí, chu trình nén tách khỏi chu trình đốt phát điện, nhờ sử dụng điện giá rẻ vào thời gian phụ tải thấp điện dư thừa Các máy nén khí làm mát trung gian động kéo cung cấp không khí nén tích trữ hầm chứa để cần thiết, nhả tăng cường công suất cho tuabin để phát điện Không khí nén gia nhiệt thiết bị thu hồi nhiệt (heat recovery unit – HRU) sử dụng khói xả từ tuabin khí Nhờ nâng cao tính kinh tế vận hành tuabin khí CAES đầu vào nhiên liệu chưa đến 4.000 Btu cho kWh điện tung lên lưới CÁC ĐỊA CHẤT PHÙ HỢP VỚI CAES: 1/ Muối địa chất: xem cách đơn giản để phát triển triển khai dự án CAES, kỹ thuật khai thác mỏ đáng tin cậy, chi phí thấp để phát triển khối lượng lưu trữ có kích thước cần thiết ( thường với chi phí vốn lưu trữ ~$2/kWh sản lượng từ lưu trữ) Hơn tính chất đàn hồi dẻo muối, hồ chứa lưu trữ khai thác từ muối gây tối thiểu nguy rò rỉ khí Tuy nhiên, xử lý nước muối, “lỗ chuột” hang động, ăn mòn tuabin thách thức tiềm 2/ Đá cứng: lựa chon cho thiết kế CAES, với chi phí khai thác thường tương đối cao (thường $30/kWh sản xuất) Tuy nhiên số trường hợp tái sử dụng lại mỏ đá cũ bỏ hoang chi phí giảm xuống khoảng $10/kWh sản xuất Do chi phí phát triển cao so với loại địa chất khác (đặc biệt hạn chế hang động tồn từ trước mỏ bị bỏ hoang), nên thường không lựa chọn cho việc phát triển CAES quy mô lớn 3/Đá xốp: tầng ngập nước mặn thích hợp để phát triền CAES Mặc dù tổng chi phí phát triển CAES hệ đá xốp phụ thuộc vào đặc tính tầng lưu trữ chi phí vốn vào khoảng $2-$7/kWh dung lượng lưu trữ Mặc dù có chi phí phát triển thấp phổ biến rõ ràng cần xét đến tính khả thi dự án, chi tiết thấm, độ xốp cấu trúc đá có phù hợp với hoạt động lưu trữ hay không • Ramping, Switching and Part-Load Operation: Sự gia tăng tỉ lệ nhiệt bán tải nhỏ so với tuabin khí thông thường cách sản lượng tuabin giản nở kiểm soát thay đổi động tuabin Nhiệt độ đầu vào tuabin thông thường, sản lượng CAES kiểm soát cách điều chỉnh tốc độ dòng chảy không khỉ với nhiệt độ đầu vào giữ ổn định hai giai đoạn mở rộng điều dẫn đến việc sử dụng nhiệt tốt hiệu cao hoạt động tải Để bắt đầu hoạt động nén, tuabin thường đẩy cao tốc độ động Sau đồng hóa, tuabin tách rời để máy nén tiếp tục hoạt động Điều có nghĩa tuabin để bắt đầu trình nén sinh khí Bộ chuyển mạch thời gian có tác động đáng kể để cân dao động nhanh chóng gió đầu Giới hạn thời gian hoạt động chuyển mạch loại bỏ hoàn toàn với thiết kể hệ thống tách nén tuabin giản nở cách tách riêng thành phần liên kết chúng thông qua trục chung thông qua ly hợp hệ thống McIntosh Huntorf Thay đổi có nghĩa kích thước máy nén tối ưu hóa • Khối lượng liên tục liên tục áp: Một CAES hoạt động số cách tùy thuộc vào loại địa chất sử dụng cho hồ chứa lưu trữ Chế độ phổ biến hoạt động CAES điều kiện khối lượng không đổi Chế độ cung cấp tùy chọn thiết kế: (1) thiết kế hệ thống cho phép áp lực đầu vào tuabin mã lực thay đổi với áp lực hang động (giảm sản lượng), (2) giữ cho áp lực đầu vào số bới không khí thượng nguồn để áp suất cố định Một lựa chọn thứ ba để giữ cho hang động lưu trữ áp suất không đổi suốt hoạt động cách sử dụng đầu nước áp dụng hồ chứa mặt đất Việc sử dụng khối lượng lưu trữ bù giảm thiểu thiệt hại cải thiện hiệu hệ thống, cần phải thận trọng để quản lý dòng chảy bất ổn trục nước gọi hiệu ứng sâm banh.Kỹ thuật không phù hợp với hang động muối dòng chảy nước hòa tan tường hang động ♦ Chỉ số hiệu suất cho hệ thống CAES: Để tìm hiệu suất lượng hệ thống CAES phức tạp diện hai đầu vào lượng khác Trước chuyển sang thảo luận lựa chọn thay cho hiệu suất CAES, t nên xem xét hai số hiệu suất áp dung cho lượng đầu vào: tỷ lệ nhiệt tỷ lệ sạc điện • Tỷ lệ nhiệt: Tỷ lệ nhiệt (HR) hay lượng nhiên liệu tiêu thụ kWh đầu cho CAES thông số chức nhiều hệ thống, thiết kế ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ nhiệt thu hồi nhiệt Việc bổ sung hệ thống cho phép thu hồi nhiệt từ ống xả tuabin để làm nóng không khí rút từ hồ chứa lưu trữ Giá nhiệt cho hoạt động CAES hệ thống thu hồi nhiệt thường 5500-6000kJ/kWh, giá nhiệt với thu hồi nhiệt thường 4200-4500kJ/kWh Việc bổ sung thu hồi nhiệt làm giảm tiêu thụ nhiên liệu • Tỷ lệ sạc điện: Chỉ số hiệu suất thứ hai cho CAES tỷ lệ sản lượng phát điện đầu động máy nén đầu vào- gọi tỷ lệ sạc điện tăng nhiệt độ tuabin đầu vào tăng cường tuabin hiệu điện CAES • Hiệu lượng Chỉ số hiệu lượng tỷ lệ lượng tạo tuabin với tổng lượng điện cung cấp cho động máy nén lượng nhiệt nhiên liệu Khi CAES sử dụng để chuyển đổi nhiệt điện phụ tải vào phụ tải đỉnh (thay cho tuabin khí, đơn vị chạy đỉnh khác) Hiệu suất lượng định nghĩa hiệu nhiệt phụ tải nhà máy Năng lượng máy nén đầu vào thay biểu thức cho lượng nhiệt đầu vào cần thiết để tạo Do đó, giá trị hiệu suất tổng thể phản ánh hiệu chuyển đổi lượng nhiệt thành lượng điện: • Lựa chọn công nghệ: Mặc dù nhà máy CAES thương mại hoạt động nhiều thập kỷ, công nghệ giai đoạn đầu phát triển Một lựa chọn thu hút quan tâm giảm yêu cầu nhiên liệu CAES liên quan đến khí thải nhà kính cách phục hồi lưu trữ nhiệt chất lượng cao hệ thống nén lưu trữ lượng nhiệt cao Thu hồi nhiệt thực số tất giai đoạn nén, cho phép nhiệt lưu giữ sử dụng thay cho nhiên liệu hâm nóng không khí rút khỏi hang CAES, loại bỏ phần hoàn toàn nhu cầu khí tự nhiên Một đề nghị khác sử dụng nhiên liệu sinh học để hâm nóng khí bị thu hồi từ lưu trữ Điều làm giảm lượng khí thải nhà kính, hạn chế việc ảnh hưởng từ biến động giá nhiên liệu CAES mang lại thay đồi quan trọng cách lưu trữ không khí hoạt động cách thức lưu giữ lượng gió Sau mắt thị trường, chi phí cho công nghệ CAES giảm với tốc độ nhanh sau cải tiến công nghệ  ... CAES liên quan đến khí thải nhà kính cách phục hồi lưu trữ nhiệt chất lượng cao hệ thống nén lưu trữ lượng nhiệt cao Thu hồi nhiệt thực số tất giai đoạn nén, cho phép nhiệt lưu giữ sử dụng thay... hâm nóng không khí rút khỏi hang CAES, loại bỏ phần hoàn toàn nhu cầu khí tự nhiên Một đề nghị khác sử dụng nhiên liệu sinh học để hâm nóng khí bị thu hồi từ lưu trữ Điều làm giảm lượng khí thải... phụ tải nhà máy Năng lượng máy nén đầu vào thay biểu thức cho lượng nhiệt đầu vào cần thiết để tạo Do đó, giá trị hiệu suất tổng thể phản ánh hiệu chuyển đổi lượng nhiệt thành lượng điện: • Lựa