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储气装置的发展及应用现状 为了满足能源和环境的可持续发展，世界各国都在大力发展能源和可支配能源，尤其是能源能源和能源能源。但风能与太阳能存在间歇性和不稳定的致命缺陷, 上网过程中容易对主电网的运行方式、电能品质等带来冲击, 增加了电网的调控压力。因此, 迫切需要行之有效的技术方案来解决可再生能源的大规模并网问题。 大规模电力储能技术是能够解决可再生能源大规模并网的有效途径, 而压缩空气储能系统 (compressed air energy storage, CAES) 被认为是最有发展前景的大规模电力储能技术之一[7—11]。图1是一种典型结构的压缩空气储能系统, 储能时, 利用可再生能源电力将环境大气通过压缩机压缩后存储到储气装置中, 将电能转化为高压空气内能;释能时, 高压空气从储气装置中释放, 与燃烧室中的燃料燃烧后通过膨胀机膨胀做功, 从而将高压空气内能转变为稳定的电能。压缩空气储能系统具有储能容量大、储能周期长、储能效率高和投资相对较少等优点, 目前世界上已经有两座大型CAES商业化电站正在运行[12—16], 分别是1978年建设的德国Huntorf电站和1991年建设的美国Mc Intosh电站。 但是, 依赖大型储气装置、受地理条件限制是传统CAES系统规模化推广应用的技术瓶颈之一, 例如:德国Huntorf电站使用位于地下600 m深3.1×105m3的盐岩洞存储压缩空气;美国Mc Intosh电站使用450 m深5.6×105m3的盐岩洞存储压缩空气[14—16]。如何摆脱地下岩洞、盐洞等大型天然洞穴, 不受地理条件限制是储气装置发展的重点, 所以地面储气装置是发展方向之一, 选择经济、合理、安全的储气装置对压缩空气储能系统的推广应用具有重要意义。 本文首先对压缩空气储能储气装置的发展及应用现状进行综述, 包括储气装置的分类、不同类型储气装置的技术特点和应用情况。然后以一种典型结构的CAES系统为研究对象, 分析储气装置的储能特性, 得出不同储气压力和储气温度下的性能变化曲线。 1 caes储气装置的发展和应用 1.1 储气装置的类型 自1949年Stal Laval提出压缩空气储能的概念以来, 人们对压缩空气储能系统的研究投入了大量精力[17—24], 并先后研究和开发出多种形式的压缩空气储能系统, 包括先进绝热压缩空气储能系统、压缩空气储能—燃气蒸汽联合循环耦合系统、压缩空气储能—内燃机耦合系统、冷热电联供的新型压缩空气储能系统等[25—38], 这些压缩空气储能系统都通过储存高压空气实现电力储能, 因而都需要大型储气装置。目前所研究的储气装置可总结为以下几类: (1) 根据储气压力的不同, 可分为低压 (0.1 MPa≤P1.6 MPa) 储气装置、中压 (1.6 MPa≤P10 MPa) 储气装置、高压 (10 MPa≤P100MPa) 储气装置和超高压 (P≥100 MPa) 储气装置。在综合考虑投资成本、安全性和系统效率的前提下, 通常大型CAES系统会选择中压储气装置或者高压储气装置, 而低压和超高压储气装置应用很少。 (2) 根据储气装置是否可以移动, 可以分为固定式储气装置和可移动式储气装置。固定式储气装置通常容积和重量较大, 因此对地基要求较高, 建设时需要充分考虑地质条件和气候条件, 保证系统的安全性。可移动式储气装置可以是车载式结构或者瓶装结构, 多用于储气压力较低或者规模较小的场合, 其优点是使用灵活。 (3) 根据储气装置内压力是否变化, 可以分为变压储气装置和恒压储气装置。由于储气装置的容积是固定不变的, 在不施加外界影响的情况下, 储气装置内部压力随着释能工作的进行不断降低, 是变压工作过程, 通常在膨胀机进口前安装恒压阀门 (或稳压阀门) 来控制进口压力, 但这会引起压力能损失。恒压储气装置可以保持内部压力稳定不变和膨胀机进口压力恒定。图2是一种恒压储气装置, 与常规储气装置相比增加了蓄水系统。蓄水系统由水泵、压力控制器、蓄水池、调节阀门等构成。当储气装置内压力降低时, 通过水泵从蓄水池中抽水注入储气装置内的储水容器, 以此来维持储气压力的基本稳定。除此之外, 也可以采取利用蓄水池和储气装置之间的高度落差所形成的水压头来调节储气压力, 或者在储气装置外部增加调节气泵等方式[18, 40—42]。研究表明, 相同条件下恒压储气装置的热效率和火用效率均高于变压储气装置, 而且储能密度相差较大。以压气机出口压力20 MPa为例, 恒压储气装置的储气密度是变压储气装置的 (1.8~4) 倍。 (4) 根据存放位置的不同, 可以分为地下储气装置和地面储气装置。 下面按照存放位置的分类方式对储气装置进行分析。 1.2 地下地下洞存储 地下储气装置是应用较早并且使用广泛的储气装置, 通