一三五专栏
中科院重大科研任务
国家973计划课题
所长基金
规划实施动态
科技布局与战略重点
创新2020发展规划总体战略
科研机构
国家能源风电叶片研发(实验)中心
能源动力研究中心
燃气轮机实验室
循环流化床实验室
分布式供能与可再生能源实验室
储能研发中心
传热传质研究中心
 
您当前所在位置:首页>活动专题>一三五专栏>中科院重大科研任务
中国科学院重点部署项目“规模储能关键技术研发与示范预先研究”阶段性成果
发稿时间:2015-04-17         作者:贺凤娟 徐玉杰 李文          来源:储能研发中心     【字号:

  中科院重点部署项目规模储能关键技术研发与示范预先研究由工程热物理所牵头,大连化物所和上海硅酸盐所共同承担,项目下设置3个课题:课题110MW先进高负荷透平技术研发”、课题2“高功率密度电堆及单元储能系统模块技术”和课题3“钠硫电池规模制备过程中关键技术,分别由3个研究所承担,项目执行期为20135月至20164月。201522日,该项目顺利通过中期检查。目前该项目已经取得了重要进展和一些阶段性成果,下面将侧重介绍研究所承担课题1的研究进展,简略介绍其他2个课题。 

  一、研究进展 

  项目严格按照任务书约定的任务情况开展研究,并且按时完成项目任务书年度计划。截止目前,本项目已发表学术论文24篇,其中SCI收录18篇;申请发明专利43项,实用新型专利15项。具体进展如下: 

   1.10MW先进高负荷透平技术研发 

  大规模先进压缩空气储能系统中膨胀机具有功率大、转速高、总膨胀比大、入口温度低等特点,决定了膨胀机系统必须采用多级、级间再热的结构形式。目前,本项目已经建立了10MW级先进空气膨胀机的总体设计方法和模型,揭示了膨胀机系统的热效率、火用效率、比功等随压比分配、进口温度和级效率的变化规律,完成了膨胀机系统的总体设计;在总体设计的基础上,完成了10MW膨胀机系统及其关键部件的结构设计,主要由齿轮箱及4级空气涡轮组成,其中齿轮箱采用4个输入轴、1个输出轴,系统结构如图2所示。 

 

  2 10MW空气膨胀机系统结构示意图 

  采用该结构齿轮箱的膨胀机组具有空间布置紧凑、透平气动/结构设计合理、机组能量损耗低的优点,同时还可满足机组高压力、大流量及运行稳定性要求,目前齿轮箱已完成加工、装配及初步性能测试工作,齿轮箱装配及试车现场如图3所示。 

 

  3 齿轮箱测试现场 

  4级空气涡轮作为10MW级先进空气膨胀机系统动力输出设备,是整个系统的核心部件,其效率高低直接决定整个系统性能优劣,为此课题组开展了全新的气动设计及强度校核分析,分析结果如图4所示。 

 

  4 膨胀机气动设计及强度分析结果 

  同时课题组完成了各级涡轮的结构设计,第一级涡轮采用向心结构形式,叶轮采用闭式叶轮,二、三、四级涡轮则采用适用大流量的轴流结构形式,其中第二级涡轮采用蜗壳整体铸造、主轴悬臂的结构型式,三、四级涡轮采用壳体水平剖分、主轴两端支撑的结构;其设计流程如下:首先开展各级涡轮全三维优化设计,确定了导叶叶型、子午流道、叶片的叶片角、叶高和叶轮叶片数参数;其次进行膨胀机强度校核与动力学分析,包括各级动叶强度、叶片模态和转子强度等;最终经过结构设计完成4级涡轮详细设计及与齿轮箱匹配设计,从而完成整个10MW级先进空气膨胀机设计。在此基础上,对4级空气涡轮进行加工,膨胀机转轴、叶片等加工部件如图5所示。 

 

  膨胀机加工部件 

  同时,本项目还完成了抽水蓄能、压缩空气储能、电池、飞轮、超导和超级电容等多种储能技术和产业发展现状分析;运用专利计量方法对全球电网规模化储能技术的申请态势、技术特征、重要申请人等进行统计分析;建立了针对容量型储能技术通用的热经济学模型。 

  2.高功率密度电堆及单元储能系统模块技术 

  本项目已揭示了高工作电流密度条件下电堆的极化分布特性、影响因素及调控机制,提出了降低极化的解决方案,开发出大功率高功率密度液流电池电堆;开发出125kW集装箱结构的全钒液流电池单元储能模块,完成了250kW级集装箱结构的全钒液流电池单元储能模块的结构设计;领军国内外液流电池标准制定。 

  3.钠硫电池规模制备过程中关键技术的研究 

  本项目成功建立了大容量气态烧结制备陶瓷管技术,陶瓷管成品率>90%;完成了陶瓷管批量制备和电池装配技术路线和论证,形成了量产工艺流程;完成了陶瓷管、电池单体、模块产品定型;完成了5kW模块的产品化定型并已开始批量生产;完成了25kW大容量模块的研制与定型工作;建成及在建多种类型钠硫储能电站。 

  二、下一步工作计划 

  1.开展10MW级先进空气膨胀机的系统集成和验证实验,主要从以下几方面开展工作: 

    1) 关键部件加工、装配及检验工作,保证各项工作严格按照时间节点完成,并在过程中确保加工、装配精度,严把质量关; 

    2) 辅助设备选型、加工和安装,确保满足实验测试要求; 

    3) 实验测试方案细化,实现实验过程安全可靠及测量的自动化数据采集; 

    4) 10MW级先进空气膨胀机性能实验测试,并开展实验数据的整理、分析和总结工作。 

  2.开展250kW级集装箱单元液流电池系统集成与性能评价; 

  3.建立以电解质陶瓷管批制备和>20kW钠硫电池模块集成为代表工艺路线;达到10MW产能并开始批量生产。 

 
评论
相关文章