Tecnologia de armazenamento de energia de ar comprimido

Ar comprimido armazenamento de energia utiliza o excesso de eletricidade do sistema de energia durante o período de baixa carga. O compressor de ar é acionado por um motor elétrico para comprimir o ar em uma caverna subterrânea fechada de grande capacidade como uma câmara de armazenamento de gás. Também pode ser uma mina abandonada, um tanque de gás submarino afundado, uma caverna, um poço de petróleo e gás expirado ou um poço de armazenamento de gás recém-construído. Quando o sistema de energia gera eletricidade insuficiente, o ar comprimido é misturado ao óleo ou gás natural através de um trocador de calor e queimado, sendo então introduzido na turbina para gerar eletricidade.

O sistema CAES inclui principalmente componentes-chave como geradores, compressores, câmaras de combustão, câmaras de armazenamento de gás, expansores e motores elétricos, e é dividido em dois processos: armazenamento de energia e liberação de energia. No processo de armazenamento de energia, energia renovável, como energia eólica e fotovoltaica, é usada para acionar o compressor para comprimir ar e armazenar ar de alta pressão na câmara de armazenamento de gás; no processo de liberação de energia, o ar de alta pressão na câmara de armazenamento de gás aciona o expansor para gerar eletricidade.

O armazenamento de energia do ar comprimido pode ser dividido principalmente em dois processos básicos de trabalho: armazenamento de energia e liberação de energia:

Ao armazenar energia, o motor aciona o compressor para absorver o ar do ambiente, comprimi-lo a um estado de alta pressão e armazená-lo no dispositivo de armazenamento de gás. Neste processo, a energia elétrica é convertida em energia interna do ar comprimido.

Ao liberar energia, o ar comprimido armazenado no dispositivo de armazenamento de gás entra na turbina de ar para se expandir e gerar eletricidade. A energia interna e a energia potencial contidas no ar comprimido são convertidas novamente em energia elétrica neste processo.

O papel do armazenamento de energia de ar comprimido

1. Armazenamento de energia de alta potência

A potência de uma única unidade pode atingir centenas de megawatts e pode ser ajustada em tempo real durante a operação real.

2. Armazenamento de energia a longo prazo

O armazenamento de energia a longo prazo para programação diária, semanal ou mesmo sazonal pode ser alcançado.

3. Fonte de alimentação de longo prazo

A fonte de alimentação de longo prazo pode ser alcançada ajustando a potência de saída.

4. Armazenamento multienergia e fornecimento multienergia

As capacidades de armazenamento e fornecimento de múltiplas energias podem ser combinadas com energia solar térmica, geotérmica e calor residual industrial como um centro de energia para sistemas de energia limpa.

Classificação e rota técnica do armazenamento de energia do ar comprimido Classificação do armazenamento de energia do ar comprimido

1. Armazenamento de energia de ar comprimido de combustão suplementar

Princípio de funcionamento:

Baseando-se no ciclo de potência do gás, um queimador é colocado na frente do expansor do sistema de armazenamento de energia de ar comprimido, e o gás natural e outros combustíveis são misturados com ar comprimido para combustão para aumentar a temperatura de entrada de ar do expansor da turbina de ar.

Características técnicas

Estrutura simples, alta maturidade técnica, operação confiável do equipamento, baixo custo de investimento, longa vida útil e características de resposta rápida semelhantes às usinas a gás;

No contexto actual de desenvolvimento vigoroso de energia verde e de controlo das emissões de carbono, as emissões de carbono tornaram-se o seu maior inconveniente.

2. Armazenamento de energia de ar comprimido adiabático

Princípio de funcionamento

Ao aumentar a taxa de compressão de estágio único do compressor, um grau mais alto de energia térmica comprimida é obtido e armazenado; durante o processo de liberação de energia, o calor de compressão armazenado é usado para aquecer o ar de entrada do expansor da turbina para obter armazenamento de energia de ar comprimido sem a necessidade de reabastecimento de combustível. De acordo com as diferentes temperaturas de armazenamento de calor, pode ser dividido em duas rotas técnicas: alta temperatura (>400°C) e temperatura média (<400°C).

Características técnicas

O armazenamento de energia de ar comprimido adiabático em alta temperatura tem gargalos técnicos nas tecnologias de compressão em temperatura ultra-alta e armazenamento de calor sólido em alta temperatura, tornando-os difíceis de alcançar;

O equipamento principal de armazenamento de energia de ar comprimido adiabático de média temperatura possui tecnologia madura, custo razoável, forte estabilidade e controlabilidade do sistema e a capacidade de armazenamento e fornecimento de múltiplas energias, o que é fácil de realizar em aplicações de engenharia.

3. Armazenamento de energia de ar comprimido isotérmico

Princípio de funcionamento

A compressão e expansão do ar são obtidas usando um processo quase isotérmico. Durante o processo de compressão, o calor de compressão e a energia potencial de pressão são separados em tempo real, para que o ar comprimido não sofra um grande aumento de temperatura; durante o processo de expansão, o calor de compressão armazenado é realimentado ao ar comprimido em tempo real, para que o ar comprimido não sofra uma grande queda de temperatura.

Características técnicas

As vantagens do armazenamento isotérmico de energia por ar comprimido são a estrutura simples do sistema e os baixos parâmetros operacionais, mas sua potência instalada é geralmente pequena, a eficiência do armazenamento de energia é baixa e o processo de compressão isotérmica e o processo de expansão são difíceis de alcançar. É adequado apenas para cenários de armazenamento de energia de pequena capacidade.

4. Armazenamento de energia de ar comprimido não suplementar composto

Princípio de funcionamento

A energia solar térmica, a energia geotérmica e o calor residual industrial podem atender às necessidades de aquecimento do sistema de armazenamento de energia de ar comprimido durante o processo de expansão. Este sistema que realiza o armazenamento não suplementar de energia de ar comprimido por meio da combinação de vários sistemas de energia é chamado de sistema composto de armazenamento de energia de ar comprimido e seu princípio de funcionamento é semelhante ao do armazenamento de energia de ar comprimido adiabático.

Características técnicas

O sistema composto de armazenamento de energia de ar comprimido tem uma forte capacidade de armazenamento e fornecimento de múltiplas energias, que pode realizar o armazenamento, conversão e utilização de várias formas de energia, atender a diferentes formas de demanda de energia e melhorar a eficiência de utilização abrangente de energia do sistema.

5. Armazenamento de energia de ar liquefeito a frio profundo

Princípio de funcionamento

O armazenamento de energia de ar liquefeito a frio profundo é semelhante ao armazenamento de energia de ar comprimido adiabático em termos de compressão, expansão e armazenamento de calor. A diferença é que o armazenamento de energia de ar líquido adiciona um sistema de armazenamento a frio, que inclui resfriamento, liquefação, separação, armazenamento de ar durante o armazenamento de energia e gaseificação do ar durante a liberação de energia.

Características técnicas

A maior vantagem é que o ar é armazenado na forma líquida à pressão normal, com alta densidade de armazenamento de energia, o que pode reduzir bastante o volume do sistema de armazenamento de gás e reduzir a dependência da usina das condições do terreno. Porém, devido à adição de um sistema de armazenamento refrigerado, a estrutura do sistema é mais complicada.