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国家重点研发计划“10MW级先进压缩空气储能技术研发与示范”项目简介
发稿时间:2017-12-11         作者:文/徐玉杰 贺凤娟          来源:储能研发中心     【字号:

  一、概述 

  (一)研究背景 

  储能技术是实现可再生能源大规模利用、提高常规电力系统效率和安全性、建设智能电网的必备关键技术,被称为能源革命的支撑技术。压缩空气储能(CAES)被公认为是最具发展潜力的大规模储能技术之一,但传统CAES存在依赖化石燃料、依赖大型储气室、效率较低等技术瓶颈,限制了其规模应用。中国科学院工程热物理研究所原创性地提出了先进CAES系统,同时解决了传统CAES的主要技术瓶颈,已完成了1.5MW系统的研发与示范,是目前国内唯一实现MW级系统示范的机构。然而,大型化是国家对规模储能技术的迫切需求,是压缩空气储能的主要发展方向,也是提高系统效率降低成本的主要途径,因此,在国家重点研发计划的支持下,我所牵头开展了10MW级大规模先进CAES系统的研发与示范工作。 

  (二)研究基础 

  该项目由5个国家研发机构、4所高校和3家重点电力企业组成,均为国内压缩空气储能技术研究相关领域的优势研究单位。项目研究队伍实力雄厚,包括中国科学院院士、千人计划、百人计划、国家优青、教育部跨世纪人才、国务院津贴专家等高级职称人员60人,同时拥有国家外专局创新团队、华中科技大学-华威大学联合研究团队、中科院-伯明翰大学联合创新团队等国际合作伙伴。 

  中国科学院工程热物理研究所作为本项目的牵头单位,是我国最早开展压缩空气储能系统研究的单位,具有雄厚的研究基础。课题牵头单位华中科技大学、北京工业大学和广东电网公司电力科学研究院也长期开展压缩空气储能及其相关领域的研究工作。 

  项目团队已在先进压缩空气储能系统能量转换和损失机理、高负荷压缩机和膨胀机内部流动机理等基础研究层面取得了国际水平的重要进展;国内率先攻克了1kW-1MW级先进CAES的关键技术,建成了国际首套1.5MW先进CAES示范系统,并已通过国家863项目验收,被评价为“我国压缩空气储能领域的重要突破,达到国际领先水平”,是目前国际上先进CAES领域实现MW级示范的4家机构之一;拥有11个国家级重点实验室和14个省部级重点实验室,包括我国唯一的国家级物理储能研发中心“国家能源大规模物理储能技术研发中心”,是目前国际唯一具备10MW级先进CAES部件实验和系统测试能力的研发平台;建有CAES综合实验台、中高温储热换热与热管理综合实验台、多级离心压气机和高负荷透平实验台、电力系统动态模拟试验台等一大批实验装置,同时拥有同步热分析仪、高温粘度仪、高温导热系数分析仪等一大批精密仪器,以及高速计算机服务器、自主知识产权的三维计算流体动力学分析系统和多种商用软件使用许可证。 

  项目单位先后承担了国家自然基金重点项目、973项目、863项目、国家能源局项目等与本项目直接有关的课题30余项,发表论文500余篇,SCI收录300余篇,已申请专利141项(授权114项),其中国际专利7项(授权4项目);研究成果获国家级奖励3项,省部级奖励20余项。 

  二、研究内容及创新点 

  项目围绕不依赖化石燃料、不依赖储气洞穴的先进压缩空气储能系统开展研究,拟解决如下4个方面的关键技术问题,即大规模先进压缩空气储能系统设计技术、宽负荷多级离心压缩机和高负荷多级向心-轴流透平技术、超临界空气蓄冷(热)/换热器技术和系统集成及其与电力系统的耦合控制技术。 

  项目设置了5个课题,主要研究内容为:1.大规模先进CAES系统设计技术,开展系统过程耦合、能量协同与损失机理,系统全工况动态优化设计方法研究;2.宽负荷多级离心压缩机和高负荷多级向心-轴流透平技术,开展内部流动、传热特性与损失机理,全三维气动设计与变工况调控技术研究;3.超临界空气蓄冷(热)/换热器技术,开展超临界空气、蓄冷(热)材料与单元的流动、传热与蓄热特性,紧凑化设计与变工况调控技术研究;4.储能系统与电力系统的耦合与控制技术,开展机组调节与并网特性,以及系统集成控制技术与并网接入技术研究;5.10MW级先进压缩空气储能系统的工程示范,开展示范系统集成、调试、性能测试与运行技术研究。 

      项目的主要创新点为:建成国际首套具有完全自主知识产权的10MW/100MWh先进压缩空气储能示范电站,系统效率比现有国际其他压缩空气储能电站提高8-10%;攻克压缩空气储能系统多级离心压缩机与多级组合式透平膨胀机全三维设计技术,研制出国际首台10MW级多级离心压缩机及多级组合式膨胀机样机;攻克超临界空气蓄热()换热器设计技术,研制出国际首台100MWh级压缩空气储能蓄热()换热器样机;揭示先进压缩空气储能系统的全系统、全工况、高效率的能量协同机制及其机理,为先进压缩空气储能技术的进一步发展提供理论基础和依据。 

  三、预期目标及效益 

  项目在1.5MW示范系统基础上,围绕10MW级先进压缩空气储能系统关键技术问题,希望通过研究系统能量集成与协同机理,以及关键部件内部流动与传热损失特性,从而攻克系统设计优化、关键部件研制、系统集成与控制等关键技术,最终形成10MW级先进压缩空气储能示范系统,并促进压缩空气储能系统早日实现产业化。 

  通过项目研发,预期将在基础理论、关键技术和集成示范等层面取得一系列创新性成果:包括揭示系统关键部件内部流动、传热特性,以及系统过程能量耦合机制,完善压缩空气储能系统理论体系;突破大规模先进CAES系统优化设计、宽负荷多级离心压缩机、高负荷多级组合式膨胀机、高效紧凑式蓄冷(热)/换热器、系统集成与控制等关键技术,建成国际首个10MW级压缩空气储能示范装置,提升我国在压缩空气储能领域的国际地位;加快大规模先进压缩空气储能系统产业化进程,并带动压缩机、换热器、透平膨胀机等相关产业的升级与发展。 

  同时,通过该项目的实施,也有望取得较高的经济和社会效益。具体表现为可大幅提高我国在储能领域的持续创新能力,抢占世界储能技术制高点;增加可再生能源利用率,提高能源系统效率、安全性及可靠性,支撑能源技术革命;促进储能产业发展,形成战略新兴产业;降低污染物排放,改善生态及人居环境等。 

 
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