耦合抽水蓄能的压缩空气储能电站概念研究

[目的]储能是发展新能源、实现碳达峰碳中和目标的基础条件,其中抽水蓄能是最主要的储能方式,但是抽水蓄能依赖地理条件,需要占用大量自然资源,优良的厂址资源十分有限.为了缓解抽水蓄能厂址资源需求与自然资源稀缺的矛盾,提出了一种耦合抽水蓄能的压缩空气储能系统,并从研究思路、概念方案和工程可行性进行分析,从而为抽水蓄能产业发展提供创新解决方案.[方法]围绕提高能量密度,以减小水库容量、降低水库高度差为突破点,运用压缩空气排水的方法,将水泵水轮机替换为压缩机和膨胀机,下库改为封闭结构的承压容器.储能时,压缩机将空气压缩至高压充入下库,并推挤下库内的水至上库.释能时,水从上库返回下库,下库内的压缩空气被推挤出,并经膨胀机释放.这可使相同条件下抽水蓄能的能量转换量提高数倍.为了论证耦合抽水蓄能的压缩空气储能电站的储能效果,设置上、下库高度差300?m,按照低性能和高性能两套设备参数,对40?MW/200?MWh的概念方案进行热力学分析和储能效率计算.[结果]结果表明:在低性能参数条件下,储能效率65.68％,在高性能参数条件下,储能效率70.81％;能量密度1.67?kWh/m3.[结论]耦合抽水蓄能的压缩空气储能系统可使水库容量或高度差大幅减小,大大降低厂址要求,并可使发展抽水蓄能受限的地区具备开发条件,且关键设备成熟,单位造价与常规抽水蓄能相近,技术经济上可行.