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中科院先导专项课题“100MW级压缩空气储能技术研发与示范”研究进展
发稿时间:2019-08-14         作者:徐玉杰 贺凤娟          来源:储能研发中心     【字号:

一、课题基本情况

  加快储能技术与产业发展对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系,推动能源变革具有重要战略意义。在已有的储能技术中,压缩空气储能具有储能容量大、储能周期长、投资小等优点,被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。但是,传统压缩空气储能系统存在依赖大型储气洞穴、依赖化石燃料、效率较低等技术瓶颈,其推广应用受到极大限制。针对传统压缩空气储能系统的技术瓶颈,中科院工程热物理所开展了不依赖化石燃料和大型储气洞穴的、更具高效的先进压缩空气储能系统研发,并分别于2013年和2016年先后完成了1.5MW10MW先进压缩空气储能系统的研发与示范。为了进一步提升先进压缩空气储能系统的规模、效率并降低成本,研发团队继续开展了100MW级先进压缩空气储能系统的研发与示范。 

  课题主要目标:研发具有自主知识产权的100MW级先进压缩空气储能系统优化设计、多级宽负荷压缩机、多级高负荷膨胀机、阵列式高效紧凑式蓄热换热器、系统集成及其与电力系统耦合控制等关键技术,建成国际首套具有完全自主知识产权、规模最大、效率最高的100MW级先进压缩空气储能示范电站,系统容量不低于100MWh,系统额定工况效率达到70% 

  课题主要研究内容:(1100MW级先进压缩空气储能系统总体设计与热力分析;(2)多级宽负荷压缩机研发;(3)多级高负荷透平膨胀机研发;(4)阵列式超临界空气蓄热换热器研发;(5)系统集成与示范。 

  课题执行期为2018年至2023年。20193月,项目牵头单位在北京组织召开了项目年度会议,与会专家对项目的进展表示了肯定。 

二、课题进展情况

  目前,课题研究进展顺利,如期完成了任务书规定的节点任务,主要研究进展如下: 

  1. 在系统总体设计与热力分析方面:建立了系统不同过程的能量损失模型,揭示了过程能量损失特性,提出了能量高效利用方法;建立了系统全工况动态模型,搭建了系统动态仿真平台,揭示了系统的热力特性、变工况特性和动态特性;开展了系统的综合优化设计,完成了系统的总体优化设计,确定了各关键部件的性能参数。 

  2. 在多级宽负荷压缩机研发方面:获得了宽负荷压缩机内部大逆压力梯度条件下的三维流动分离和旋涡运动的规律,揭示内部能量损失机理以及流动-传热协同机理;完成了压缩机各级功率分配,揭示了各级转速、压比、进排气温度等关键参数对压缩机总体性能的影响规律,确定了压缩机的结构形式和各级关键参数;开展压缩机的详细设计,完成了气动部件设计,完成了压缩机单级模化实验,并提出压缩机变工况调节控制方法。 

  3. 在多级高负荷膨胀机研发方面:研究了高负荷膨胀机内部旋涡分离流动和气流掺混特性规律,揭示了膨胀机内部流动、传热损失机理;开展了高负荷膨胀机详细设计,确定了各级膨胀机结构布置方案等,并开展膨胀机的强度和转子动力学分析,完成了膨胀机的整机设计与加工图纸绘制,正在开展部件加工。 

  4. 在阵列式超临界空气蓄热(冷)换热器研发方面:完成了蓄热(冷)材料优选,通过多种先进仪器设备测量蓄热(冷)材料物性特征,研究了提升材料性能的技术途径以及材料长期运行性能衰减规律,从而研发与优选适用温度范围的蓄热(冷)材料;完成蓄热(冷)换热器设计,开展了换热器单体设计与阵列化优化设计,掌握了减少压降的方法,并优化了部件结构,完成了图纸绘制,并开始加工。 

  5. 在系统集成与示范方面:已完成100MW先进压缩空气储能示范系统的工程方案设计;已完成了项目用地的场地平整、勘测定界、地形测绘、地勘工作、电网接入方案设计,并获批国家可再生能源示范区产业创新发展专项支持等。 

  本课题已发表学术论文16篇,申请国家发明专利24项,实用新型26项(已授权4项)。 

三、下一年度研究目标

  完成压缩机加工图纸绘制,并开始委托加工;完成膨胀机施工图纸绘制和主要部件加工;完成蓄热换热器的加工;完成泵、水处理系统、水冷却器等辅助部件选型与加工等。 

 
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