压缩空气储能设备

❶ 分布式储能系统是如何组成的

分布式储能系统主要分为两部分：电储能单元和储能配套设施。其可建设在用户侧，也可建立在供能侧，为多能互补的能源系统提供储能服务。
分布式储能系统的关键设备包括电储能单元和储能配套设备两部分。电储能单元按储能方式的不同可分为机械储能，物理储能和化学储能（电池）。其中，机械储能设备可分为压缩空气储能设备、飞轮储能设备、物理储能设备可分为超级电容设备和超导储能设备。储能配套设备包括储能变流器，储能系统就地监控设备和多源储能系统协调控制设备。了解更多可上江苏能源云网查看。

❷ 浅析压缩空气储能

压空属于物理储能方式的一种，它与抽水蓄能齐名，无论是存储时间、放电功率、还是运行寿命，都有着卓越的表现，但它同样有着自身的缺点，比如系统复杂，比如受地域影响等。

一 压缩空气原理

压缩空气的基本原理很简单，在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，原理如下图所示。若需要更近一步解释，你只需锁定储气罐内的空气即可，两个动作，充气时储存能量，膨胀时释放能量。

然而，如果你在此处宣布已经掌握了压空技术，为时过早。要知道，原理不能解决任何问题，需要在原理的基础上舔砖加瓦，优化利用，才能达到合理的应用标准。于是，压空的各种变异横空出世，为了便于理解，我温度、压力、容积等方面着手，一步步深入介绍。

1.1 温度

我先强调一点：温度是一种能量。对于压缩机而言，压缩过程温度越低，耗费电能越少；与之相反，对于膨胀机而言，膨胀起始点温度越高，膨胀过程中得到的有用功越多。所以，降低压缩温度，或者提高膨胀进气温度，是提高系统效率的一种重要而有效的手段。请看下图变异1，在压缩机的出口增加了冷却器，以回收压缩热，在膨胀机（或涡轮机）的入口增加回热器，以提高进气温度。回热器的热量可由冷却器供给，如果必要，涡轮机的出口废弃也可以进一步回收，这取决于废弃的温度品味。该系统叫称为回热式系统。

相较于原理型系统，回热系统储电效率有所增加，然而它的不足在于，冷却器和回热器分开设置，在热量回收过程中存在较大热损失。为解决这一问题，有人提出绝热压缩空气系统，变异2，参照下图。将压缩过程中产生的热量存储起来，然后在发电过程中用这部分热量预热压缩空气，冷却器和回热器合为一体，对外进行绝热处理，业内称作先进绝热压缩空气储能系统（AA-CAES），该系统面临的最大挑战是如何经济、有效地设计和制造出压力工作范围大的压缩机、涡轮机和除热器。

一切比较完美，但还忽略一点，即使100%回收利用，压缩过程中产生的热量不足以使涡轮机持续长时间稳定运行，换句话说，只靠自身的热回收很难保持系统抵抗外部负荷波动。热量不够怎么办？引进额外热源，天然气，将天然气与来自储气罐的高压空气混合燃烧，推进涡轮机旋转发电。请看下图，变异3。对比以上系统，它的可靠性最高，稳定性最强，灵活性最优，所以在德国1978年建造首套压空储能电站时，果断采用这种方案。然而，变异3的引发的问题在于：消耗化石能源，增加温室气体排放。于是在国内做压空系统的高校研究所想方设法消除对外在热源的利用，比如清华大学的卢强院士，推非补燃压空系统。此处必须加句评论，难度都很大，不用补燃，系统复杂程度会提高，可靠性也会有波动，平衡各个功能单元，是一件技术含量很高的工作。

2 压力

谈到这里，如果你站起来宣布掌握了压空技术，我会告诉你又早了。除了温度之外，还有一个参数没有讲，压力！与温度相比，压力的影响更加多元。压缩阶段，压力越高，同等温度下空气密度越大，同等体积的储罐储存的空气量更多，储能密度更高；膨胀阶段，初始入口压力越高，出口压力越低，有用功输出越高。

现在的问题来了，能不能只使用一台压缩机，比如从1个大气压直接压缩到100个atm？膨胀过程从40个atm膨胀到1atm？我可以负责任的告诉你，理论上可以，但如果你真敢这么做，保证系统电-电转换效率会低的让你下不来台！如何解决这一问题？热力学给出的指引是多级压缩，中间冷却，可显着降低压缩过程中的电力消耗；多级膨胀，中间加热，可显着增加膨胀过程中的发电量，综合起来，储电效率必然显着提高。

下图为非补燃多级压缩系统图，可以看出，在每台压缩机后加装热回收器，通过回热系统将热量传递到各级膨胀机的入口处。

当系统采用绝热压缩时，综合多级压缩和多级膨胀，组成的系统如下图所示。

采用燃气补热的系统，多级压缩阶段与非补燃一致，不同的是在各级膨胀机入口加装燃烧室，详见下图。

1.3 容积

压空系统的技术痛点在于气体的密度太低，常压下空气密度为1.25kg/m3，即使在10Mpa高压下密度也只有100kg/m3左右，相比水的1000kg/m3，差了足足十倍，这意味在相同储存质量下，空气的罐子要比水大十倍。要解决大规模空气存储的方法至少有3个，方法一，就地取材，寻找废弃的矿井，进行密封承压方面的改造，然后将空气压入其中，这种方法既经济又可靠，而且储量惊人，比如德国的Huntorf压空电站可储存30万立方的空气，但是，这种方式受制于地形限制，灵活性差，比如我想在南京建一座压空电站，即使金坛的溶洞再优越，我也用不上。方法二，高压储气罐，该方式操作灵活，完全不受地域地形限制，比如中科院在廊坊的示范项目，采用2个直径2.4m，长10m的储罐，每个储存45m3的高压空气，储罐压力10Mpa，储罐设备属于特种设备范畴，无论从制造，安装还是运行，都要经过严格的检查，成本相对较高。方法三，空气液化。为了进一步减小储罐体积，有专家想到了变态，将气体液化，密度将增加上百倍，于是体积减少上百倍，通过设计，使膨胀机出口的空气温度低于78.6K（-196.5℃）时，空气被液化，系统流程见下图，这种系统的特点是体积小，管路复杂，效率低。我在一次讲座上跟东大热能所的肖睿教授聊天时得知，他测算过液化压空储能的理论效率60%，实际效率能打七折就已经很不错了。

1.4 冷热电三联供

在储能领域，压空算是个另类，不能用传统的评价标准衡量它，比如只追求电-电存储效率，压空肯定毫无优势，非补燃机组能达到40%已算很不错了。但它在发电的同时，还能兼顾供冷和供热，俗称冷热电三联供，其实原理没有任何改变，只是将压缩过程产生的热量用于供热，膨胀机出口的低温空气用于制冷，膨胀产生的有用功用于发电，详见下图。冷热电三联供的特点是能源利用效率高，若以热能利用为基础测算，系统效率可达70-85%。

二 系统特点

在储能家族中，压空和抽水蓄能属于一个阵营，即是一种可以大功率，长时运行的物理储能技术，各种技术对比见下图（CAES），技术特点如下：

（1）输出功率大（MW级），持续时间长（数小时）；

（2）单位建设成本低于抽水蓄能，具有较好的经济性；

（3）运行寿命长，可循环上万次，寿命可达40年；

（4）环境友好，零排放。

三 系统结构

一套完整的压空系统五大关键设备组成：由压缩机、储气罐、回热器、膨胀机以及发电机，结构详图如下。

3.1 压缩机

压缩机是一种提升气体压力的设备，见下图。压缩机的种类和压缩方式各不相同，但设计者会更关心它的进出口压力参数，表征为四个参数，一是工作压力区间，二是压缩比，即进出口压力比值，三是进出口温度或绝热效率，四是压缩功率与流量。清华大学卢强院士的500kw压空系统中所用其中一台压缩机参数为：进气压力1atm，25℃，排气压力3.5atm，143℃，压缩比3.5，轴功率76.7kw。

3.2 储气罐

储气罐是高压空气的出厂场所，说白了就是一个岩洞或者一个罐子。这里还是要强调，温度是一种能量，60℃和20℃条件下，空气的能量大不一样，所以有必要对储罐进行保温处理，尽量维持罐内温度一致，减小对流损失。尺寸与耐压等级等制造问题，交给工厂。

3.3 回热器

回热器是热交换器的统称，包括预热器，冷却器，换热器等等，回热器的功能是通过温差传热回收热量，达到节能效果。

3.4 膨胀机

膨胀机的英文名字叫“turbine”，又叫透平，也有叫涡轮机的，它的功能是通过膨胀，将空气的内能转化为动能，推动与之相连的发电机，又将动能转化为电能，见下图。标定膨胀机的参数有进出口压力与温度，膨胀系数等。

3.5 发电机

发电机是一种发电设备，将各种形式的能量转化成电能，此处略过。

四 压空系统应用领域

（1）调峰与调频。大规模压空系统最重要的应用就是调峰和调频，调峰的压空电站分为两类，独立电站以及与电站匹配的压空系统。

（2）可再生能源消纳。压空系统可将间断的可再生能源储存起来，在用电高峰期释放，可显着提高可再生能源的利用率。

（3）分布式能源。大电网和分布式能源系统结合是未来高效、低碳、安全利用能源的必然趋势。由于压空具备冷热电联供的优点，在分布式系统中将会有很好的应用。

五 性能评价指标

为了更清楚表达工作过程的能量传递，我借用了哈佛大学Azziz教授论文中的一张图，见上图。其中W为电功，Q为热量，箭头向内代表进入系统，向外表示系统输出，流程箭头代表空气流向。一目了然，比如压缩机工作消耗的电能来自于电网，膨胀时向电网输出电能，都能直观看到，并且判断：系统用电越小越好，回收的热量越多越好，向外输出的电能越大越好。

在我看来，表征系统性能的参数主要有两个，一个是电能存储效率，另一个是系统能量效率。电能存储效率是电能输出与输入的比值，这对电网运营至关重要；系统能量效率是输出的电能+热能与输入之比，表征整个系统的总效率，这对压空系统至关重要。

六 国内外压空项目

6.1 德国Huntorf

Huntorf是德国1978年投入商业运行的电站，目前仍在运行中，是世界上最大容量的压缩空气储能电站。机组的压缩机功率60MW，释能输出功率为290MW。系统将压缩空气存储在地下600m的废弃矿洞中，矿洞总容积达3.1×105m，压缩空气的压力最高可达10MPa。机组可连续充气8h，连续发电2h。该电站在1979年至1991年期间共启动并网5000多次，平均启动可靠性97.6%。电站采用天然气补燃方案，实际运行效率约为42%，扣除补燃后的实际效率为19%。

6.2 美国McIntosh

美国Alabama州的McIntosh压缩空气储能电站1991年投入商业运行。储能电站压缩机组功率为50MW，发电功率为110MW。储气洞穴在地下450m，总容积为5.6×105m，压缩空气储气压力为7.5MPa。可以实现连续41h空气压缩和26h发电，机组从启动到满负荷约需9min。该电站由Alabama州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。与Huntorf类似的是，仍然采用天然气补燃，实际运行效率约为54%，扣除补燃后的实际效率20%。

6.3 日本上砂川盯

日本于2001年投入运行的上砂川盯压缩空气储能示范项目，位于北海道空知郡，输出功率为2MW，是日本开发400MW机组的工业试验用中间机组。它利用废弃的煤矿坑（约在地下450m处）作为储气洞穴，最大压力为8MPa。

6.4 中国

我国对压缩空气储能系统的研究开发开始比较晚，大多集中在理论和小型实验层面，目前还没有投入商业运行的压缩空气储能电站。中科院工程热物理研究所正在建设1.5MW先进压缩空气储能示范系统，该系统为非补燃方案，理论效率41%，实际运行效率33%。

在建的项目有江苏金坛压缩空气储能电站，利用盐穴储气，占地60.5平方公里，最大容腔体积32万㎡。

七 国内企业和机构

7.1 中科院热物理所

中科院工程热物理所在10MW先进压缩空气储能系统研发与示范方面，已完成10MW先进压缩空气储能系统和关键部件的设计，基本完成宽负荷压缩机、高负荷透平膨胀机、蓄热（冷）换热器等关键部件的委托加工，正在开展关键部件的集成与性能测试；全面展开示范系统的集成建设，于2016年6月完成。

7.2 清华大学电机系

清华大学电极控制理论与数字化研究室，由卢强，梅生伟等带头，该团队主要研究智能微电网，压缩空气储能等，压空方面的主要路线为非补燃型压缩空气储能技术。

7.3 澳能（毕节）

澳能集团有限公司简称澳能工业，成立于2011年，是在与中国科学院工程热物理所合作开发超临界压缩空气储能技术，利用电网负荷低谷期的余电或可再生资源发电不能并网的废电将空气压缩到超临界状态并存储压缩热，利用系统过程存储的冷能将超临界空气冷却液化存储（储能）；在发电过程中，液态空气加压吸热至超临界状态（同时液态空气中的冷能被回收存储），并进一步吸收压缩热后通过涡轮膨胀机驱动发电机发电（释能）。通过系统热能和冷能的存储、回收，实现系统效率的提高。超临界压缩空气储能利用空气的超临界特性，同时解决了传统压缩空气储能依赖大型储气室和化石燃料的两个技术瓶颈。

关于微控新能源

深圳微控新能源技术有限公司（简称微控或微控新能源）是全球物理储能技术领航者。公司全球总部位于深圳，业务覆盖北美、欧洲、亚洲、拉美等地区，凭借“安全、可靠、高效”的全球领先的磁悬浮能源技术，产品与服务广泛受到华为、GE、ABB、西门子、爱默生等众多世界500强企业的信赖。

面向未来能源“更清洁、高密度、数字化”的三大趋势，公司持续致力于为战略性新兴产业提供能源运输、储存、回收、数据化管理提供系统解决方案。

❸ 原来压缩空气储能系统的进气装置在哪里

原来压缩空气储能系统的进气装置在底部；在对储能过程进行分析时，为了确定研究对象而划出的部分物体或空间范围，称为储能系统。它包括能量和物质的输入和输出、能量的转换和储存设备。储能系统往往涉及多种能量、多种设备、多种物质、多个过程，是随时间变化的复杂能量系统，需要多项指标来描述它的性能。常用的评价指标有储能密度、储能功率、蓄能效率以及储能价格、对环境的影响等。

❹ 压缩空气储能与空分储能区别

压缩空气储能与空分储能区别如下。1、压缩空气储能需要将压缩后的高压空气储存在各种容器之中，这其中可以分为两类：恒容存储和恒压存储。2、空分储能用于对以生产氧气产品为主的空分装置进行储能及能量转化，其特征在于：包括空分装置、相态转换装置、液氧贮槽及液氮贮槽。

❺ 世界首个非补燃压缩空气储能电站工作原理

空气储能。采用空气作为储能介质，在低谷时段，用电将空气压缩进地下盐穴储存。在高峰时段，将盐穴中的压缩空气释放出来，从而产生高温高压使动能转换为电能，向国家电网发电。世界首个“非补燃”压缩空气储能电站，也是国内首次利用盐穴资源的发电项目。因容纳压缩空气的“容器”盐穴位于地下近千米处，又被称为藏在地下的“空气充电宝”。

❻ 压缩空气站的主要设备有哪些

压缩空气站的设备一般包括产生压缩空气的空气压缩机和使气源净化的辅助设备。气源净化辅助设备分为后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥机和过滤器。
1、空气压缩机：用以产生压缩空气，一般由电动机带动。其吸气口装有空气过滤器以减少进入空气压缩机的杂质。
2、后冷却器：用以降温冷却压缩空气，使净化的水凝结出来。
3、油水分离器，用以分离并排出降温冷却的水滴、油滴、杂质等。
4、贮气罐：用以贮存压缩空气，稳定压缩空气的压力并除去部分油分和水分。
5、干燥机：用以进一步吸收或排除压缩空气中的水分和油分，使之成为干燥空气。贝腾模芯干燥机可使压缩空气压力露点达到-20℃至-70℃，露点稳定持久，保证用户的用气需求。
6、过滤器：用以进一步过滤压缩空气中的灰尘、杂质颗粒。

❼ 非补燃式压缩空气储能电站优点

非补燃式压缩空气储能电站具有装机容量大、储能周期长、系统效率高等优点。非补燃式压缩空气储能电站且一般可储释能上万次，寿命达40-50年，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一，可以与抽水蓄能相媲美。

❽ 压缩空气储能a股上市公司

压缩空气储能A股上市公司有：金通灵、比亚迪、设研院等。
1、金通灵（300091）：2020年净利润5865万，同比增长-47.23%。全资子公司江苏金通灵氢能机械科技，从事氢能燃料电池压缩机、氢能备用应急电源的研发，与如皋经济技术开发区签订《氢能源产业投资项目合作框架性协议书》，进行燃料电池空气压缩机和氢能备用电源的研发制造、智慧能源岛、加氢站、生物质制氢基地、压缩空气站等项目投资；19年与瑞士CELEROTONAG公司签订合同，双方决定就联合开发氢燃料电池压缩机（含压缩机、电机及变频控制器）开展合作。
2、比亚迪（002594）：2020年净利润42.34亿，同比增长162.27%。公司以磷酸铁锂电池技术为核心的储能电站，相比于抽水蓄能、压缩空气储能等现有储能技术，具有明显的成本和运行寿命优势。
3、设研院（300732）：2020年净利润3.06亿，同比增长13.45%。单井循环浅层地热能技术、地下空间压缩空气储能技术、地下空间二氧化碳封存技术、地下空间抽水蓄能技术、煤矿能源综合管理技术、瓦斯抽采及发电技术、智能充电桩应用技术等。
4.开山股份（300257）。迄今为止，开山股份共有62家主力机构，持仓量总计5.27亿股，占流通A股64.46%。近期的平均成本为17.50元，股价在成本上方运行。多头行情中，目前处于回落整理阶段且下跌趋势有所减缓。公司生产空气储能关键设备，压缩机和膨胀机，公司一直专注于压缩机产品的研发、制造和销售，产品包括：螺杆式压缩机（双螺杆、单螺杆）、高压往复式活塞机、离心式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆膨胀发电机组、真空泵、鼓风机等，广泛应用于制造业、工程矿山、冶金、石化、空分、余热余压回收发电和地热发电等领域。

拓展资料:压缩空气储能的优点
1.压缩空气储能不仅规模大，寿命长，更重要的是存储介质，只有空气完全没有爆炸的危险；
2.压缩空气储能，不仅完全不受地理条件限制，规模也基本相当，山东泰安在建的压缩空气储能项目规模高达310M瓦，可以顶得上一个中型抽水蓄能电站。