压缩空气储能项目技术路线比选.docx

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1、压缩空气储能项目技术路线比选压缩空气储能(ComPreSSedAirEnergyStOrage,CAES)作为一种寿命长、效率高、布置灵活的大规模物理储能技术，是最具有发展潜力的新型储能方式之一。国外已经投产商运的压缩空气储能电厂有HUntOrf和Mc1.ntosh电厂，均为补燃式压缩空气储能电厂。我国主要推行非补燃的压缩空气储能技术，虽起步较晚，但工程应用方面已经走在世界前列。清华大学会同相关单位，在安徽芜湖建成T1.CC-500试验装置；并提出了光热复合技术，在青海西宁建成了100kW试验装置；在此基础上，江苏金坛60MW压缩空气储能示范项目于2022年5月正式投入运行，转换效率约60%。

2、中国科学院工程热物理研究所提供研发技术，在河北廊坊建成投产1.5MW压缩空气储能系统；并在贵州毕节和山东肥城分别建成投产IOMW压缩空气储能系统；河北张家口100MW压缩空气储能项目于2021年底带电试运行，转换效率约70%。此外，国内数个300MW级的压缩空气储能项目已开展可行性研究，包括湖北应城、山东泰安、甘肃金昌、辽宁朝阳、福建永春等项目。本论文通过300MW级不同压缩空气储能系统技术路线的比选,得到了推荐的技术方案，以及推荐方案的技术经济指标。1、概述1.1 项目概况本项目位于福建省永春县某镇，本期拟建设1套300MW1800MWh非补燃压缩空气储能电站，并预留有扩建条件。本工程的设计

3、充气放电时间为9h和6h,压缩空气存在地下人工胴库内，胴库腔容积约为20.1万立方米；并配套采用热媒水作为传热和储热介质的储热系统。根据福建省电力系统2030年前调峰需求及调峰机组装机规模初步预测，本工程储能过程设备年利用小时数约为1990h,发电年利用小时约为1320h01.2 工程气象条件根据压缩空气储能电站工作特点，收集项目所在地2018-2021年逐月平均白天和夜间气温、气压、湿度数据见表1,其中白天取值时段为07：0020：00,其余为夜间时段。表I指逐月平均白天和夜间气温、气压、湿度数据月份白天气温/七白天气B1.KkPa白天湿度/%夜间气iS1./t夜间气压ZkPa夜间湿/%11

4、396069896192215960741096093318957751395796421956711695694525952742095296627949762294997729948702394996828948762394897927953712195396102295772179589511189607113960941214962731096292年平均21.4955.272.716.3955.494.82、技术路线及装机方案比选2.1 技术路线比选按照储热温度划分，非补燃的压缩空气储能系统可分为中温和高温系统。一般而言，中温压缩空气储能系统压缩机的排气温度在195200C左右，通常

5、用高压水作为储热介质；而高温压缩空气储能系统压缩机的排气温度在335340C左右，通常用熔盐或导热油+水作为储热介质。对于300MW级压缩空气储能系统，2种技术路线的技术指标对比见表2。其中中温、高温技术路线的优劣势对比见表3。表2摇中温、高温技术路线参数对比指标高温方案中温方案压缩机段数34膨胀机段数24压缩机空气进口温度/t16.3/40/4016.3/40/40/40压缩机空气出口温度/cC341/340/108195/195/195/204压缩机空气进口压力/kPa.a95/1000/844095/405/1440/4960压缩机空气出口压力/kPH.i1.1060/8500/1750

6、044514805017730压缩侧空气质量总流最/Vh)约1480约16储热介质导热油/熔盐+水水储热温度325175供电效率68.6365.64表3摇中温、高温技术路线优劣势对比名称中温方案高温方案一利用水储热,安全性高系优势统运行操作简单.运维费较中温方案系统效率高用和投资较低利用导热油或熔盐作为储热介质.投资较大,系统较劣势较高温方案系统效率低鬻普鬣谯设群富余次；坦第WC公局,塔仃探作”杂.且导热油系统存在火灾隐患根据对比数据，高温方案相对中温方案效率提高约3%,但由于高温方案需增设导热油或者熔盐系统，且需考虑熔盐或导热油的首次充装费用，另外由于相关系统和设备设计温度的提高也会造成投资

7、成本增加。按照年发电时间1320h和2个方案的供电效率测算年购电成本，每年高温方案由于效率提升而减少的购电成本约620万元，则增加投资的静态回收年限约31.5a,在电站的运营寿命期末期才能回收投资。具体比较见表4。表4摇中温、高温技术路线经济指标对比序号项目中温方案高温方案1初投资/万元基准+17297摇1.1.摇主辅设备/万元将准5351摇1.2摇储热介质充装/万元基准+135摇1.3摇人工砌库/万元基准-15542售电收人/万元基准03年生产成本/万元基准-570摇3.1摇购电费用/万元基准-620摇3.2摇检修维护费用/万元基准+50摇3.3摇年运行费用/万元基准+04年运行收入顷日2-

8、项目37万元基准+5705静态回收年限/a基准31.5摇摇注：1.压缩空气的电电价按福建省上网标杆电价的60%取值，即0.23592O.39320.6)CkWh;摇摇摇2.年发电时间按I320h.发电容量按3M3；摇摇摇3.高温方案储热介质按熔I1.考虑3MW级压缩空气储能系统工作6h所需熔Ji约18O(X)I,熔Ik价格按75元/%由表4可以看出，为了降低造价、节约投资成本，同时也从系统运行操作简单、运维方便、安全性高等角度考虑，推荐中温方案的技术路线。2.2 机组关键参数比选对于中温水储热方案，采用水作为储热介质，储热水温度约为175,储气空间采用岩体中开凿人工胴库。考虑到人工碉库的承压能

9、力(最高约18MPa)以及人工胴库到电站的沿程压损，方案拟在膨胀机入口压力为15MPa17MPa,压力波动范围26MPa之间比选产生。主要从购电成本，人工胴库造价，主要设备投资等方面进行分析，具体比较方案如表5所示。s就机场关nt及年收对比名称方*方案二方案方案四乐编过相电熟电热旭第电热发电机功率/M*MN)MOMOXDMOa,F11三AHjMh1717171)IS透平人口詹力被通他樽八明24624dFAfc11ar:IMeo100IAO160储排热介里*储热介质中度Zt175175175I7S175年值电H/MQhA3150.76W1.Mo76M30,76393M.76”35S0.76rBM

10、i%5M8260.50SW97*41SW262.23M6461.K3S922H0.M供电皎率/%M.IT7S9.M66.67A5.M670766.41用零容W厅,7320.06MU29.66硝冷击价/万元65661.72IJm76463661.7214873.76年的电成本/万元3J9.S5-219.(-301.99-164.71要设蕃收庚/万元-?-420*-2220-I900年冷收Q差/万It-1313.99-142.2512M.06-199.64KUA.i1.区绘交，,电,借*0*上杆电镣的MFA飘出.即O23592O.W32x。6)kWhiMWZ4tH!MI320h.ttMMJOMi愿

11、德M5惬概J1.机厂比玲.叶于逸早入。蜃力由15MR.成马幺9VI、的才重.由十Z1.力降到IOM1、F*S*就歌恨，X二4仆故A+Ate4.*2压0收大.K*M.*F4*4I5M1.、的方畲.根据上述比选，300MW中温压缩空气储能电站压力变化范围6MPa比压力变化范围4MPa、2MPa方案所需的胴库容积分别减小约10万立方米、40万立方米，对应的人工胴库造价分别减少约1.5亿元、6.4亿元。通过分析不同方案的购电成本、人工胴库造价、主要设备投资等因素对年净收益造成的影响，综合考虑年净收益最高，其中方案三即透平入口最高压力17MPa、波动范围6MPa方案最优。3、推荐技术方案根据以上的比选结

12、果，本项目推荐的技术方案为：采用4级压缩4级膨胀，利用水为储热介质的中温技术路线方案，膨胀机透平入口压力为17MPa,压力波动范围为6MPa,装机容量为300MW。推荐技术方案的流程图见图Io本项目推荐装机方案的主要技术指标见表6o表6摇主要技术指标一览表序号项目名称数值1膨胀机额定发电功率/MM32膨胀机满功率发电时长/h63压缩机年利用小时数/h19904膨胀机年利用小时数/h13205年供电量/MWh393350.766年耗电盘/MWh599262.237储能效率/%65.644、结论(1)通过中温和高温压缩空气储能系统的比选，发现高温路线带来的效率提升不能覆盖增加投资成本的回收，因此推荐中温方案的技术路线。(2)通过最大压力、压力波动范围、胴库容积及造价等关键参数进行分析比选，推荐透平入口最高压力17MPa、波动范围6MPa的技术方案。(3)根据指标计算，得出了膨胀机透平入口压力为17MPa、压力波动范围为6MPa、300MW级中温压缩空气储能系统的主要经济技术指标。