壓縮空氣儲(chǔ)能電站的市場(chǎng)前景

1、壓縮空氣儲(chǔ)能電站的市場(chǎng)前景更新：2011-01-23 15:12:29作者：escn來(lái)源：中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng) 點(diǎn)擊：442次壓縮空氣蓄能電站是一種新的解決方案 世界電力供應(yīng)系統(tǒng)正趨向跨地區(qū)或全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，甚至跨國(guó)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)行全天候供電。然而供電與用電總是不匹配，尤其在深夜，過剩電力“大放空”幾乎無(wú)法避免。為改變這個(gè)局面，人們殫思竭慮地尋找蓄能“蓄電”方法。比如蓄電池組、機(jī)械飛輪、超級(jí)電容器堆、超導(dǎo)磁儲(chǔ)電，等等。終因效率不高，壽命短，存取不便，蓄能容量偏小，投資成本大等，難以運(yùn)作。 目前已經(jīng)廣泛采用的是抽水蓄能電站和壓縮空氣蓄能電站。我國(guó)已建成投產(chǎn)的有：浙江安吉天荒坪電站、廣州（從化）抽水蓄能電站。天荒坪電站

2、，2000年建，至今已成功運(yùn)行6年，裝機(jī)容量為180萬(wàn)KW，年發(fā)電量31.60億KW·h，總投資63億人民幣，在調(diào)荷和回收電能方面發(fā)揮了重要功能。 壓縮空氣蓄能電站是一種新型蓄能蓄電技術(shù)。早在1978年，德國(guó)建成世界第一座示范性壓縮空氣蓄能電站獲得成功，緊跟其后的是美國(guó)、日本和以色列，都已建成使用，我國(guó)有識(shí)之士早已呼吁多年，但尚未引起決策者響應(yīng)。而國(guó)外的實(shí)踐告訴我們，這確實(shí)是一個(gè)新的解決方案。壓縮空氣蓄能發(fā)電技術(shù)具有顯著的比較優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景，請(qǐng)看壓縮空氣蓄能電站與抽水蓄能電站對(duì)比分析：1建電站地理?xiàng)l件要求 抽水電站：建站地理?xiàng)l件要求苛刻，上水庫(kù)建在面積較大的山頂上，高度、面積、地質(zhì)結(jié)

3、構(gòu)要求嚴(yán)格。下水庫(kù)占地面積也大。并且水源、道路交通都有特定要求。 壓氣電站：無(wú)特定地理要求，山洞、山腳、荒灘、廢礦井，甚至海灘、海底都可以，儲(chǔ)氣庫(kù)深埋地下，幾乎不占用土地。 抽水電站：裝機(jī)容量180萬(wàn)KW，投資額6590億元，建設(shè)周期68年。3611-5000元/kw 壓氣電站：裝機(jī)容量180萬(wàn)KW，投資額5560億元，建設(shè)周期35年。3056-3333元/kw3建站占地面積與工程量 抽水電站：建站占地40005000畝，工程量包括上下兩個(gè)水庫(kù)、引水管、導(dǎo)流管、盤山公路、引水渠等等。 壓氣電站：占地少，廠房及設(shè)施只需占地10畝。儲(chǔ)氣庫(kù)深埋地下，地面可以種農(nóng)作物。4運(yùn)行效率與成本 抽水電站：能量

4、轉(zhuǎn)換效率7073%，水資源成本需支付費(fèi)用，并需連續(xù)補(bǔ)充失耗的水量。 壓氣電站：能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7790%，空氣不要付費(fèi)，使用中沒有“相變”能量損失。5安全性 抽水電站：地震、滑坡、暴風(fēng)雨、泥石流、巖石風(fēng)化、壩體開裂、熱脹冷縮破裂等等都存在風(fēng)險(xiǎn)。 壓氣電站：儲(chǔ)氣庫(kù)深埋于地下，比較穩(wěn)定，溫差變化小，儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)置多道安全措施后，安全系數(shù)高。6能量載體特性 抽水電站：水分容易蒸發(fā)、流失，尤其是高溫季節(jié)，輸送成本高、粘度高，流速不快，水輪機(jī)響應(yīng)速度慢。 壓氣電站：能量載體空氣到處存在不怕流失，流速快，因而響應(yīng)速度快，能夠適應(yīng)冷啟動(dòng)、黑啟動(dòng)，尤其適合調(diào)控負(fù)荷平衡，其它任何能量載體無(wú)法達(dá)到。 德國(guó)建成的壓縮空

5、氣蓄能電站，裝機(jī)容量29萬(wàn)KW，換能效率高達(dá)77%，若再利用“渠氏超導(dǎo)熱管技術(shù)”，換能效率提升至90%。 美國(guó)壓縮空氣蓄能電站規(guī)模達(dá)到2700MW裝機(jī)容量，相當(dāng)于2個(gè)核電站的發(fā)電量，可供給68萬(wàn)戶居民兩天用電量。 壓縮空氣蓄能電站的關(guān)鍵設(shè)施是儲(chǔ)氣庫(kù)，通常深埋于地下，技術(shù)上沒有難度?？梢岳脠?bào)廢礦井、山洞、廢氣井等。壓縮空氣蓄能電站示范效應(yīng)與深遠(yuǎn)意義壓縮空氣蓄能電站的重要意義在于：1空氣是“能源多媒體”的最佳選擇大力開發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能以及核能是世界潮流，但往往都存在供需不同步、供需不均衡的狀態(tài)，能夠把各種形態(tài)能源轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存、取用的“能量多媒體”只有“空氣”，它是這個(gè)“角色”的“最佳人選”。

6、2經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益巨大按發(fā)電量的三分之一計(jì)算，每年可節(jié)約四五億噸煤炭，相當(dāng)于數(shù)十座中大型煤礦年產(chǎn)量，而且年年受益，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益巨大，節(jié)約大量資源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。3為“十一五”規(guī)劃作貢獻(xiàn)根據(jù)我國(guó)“十一五”規(guī)劃，節(jié)能降耗指標(biāo)要達(dá)到20%，壓縮空氣蓄能發(fā)電技術(shù)是一個(gè)很好的選擇，而且會(huì)產(chǎn)生顯著的示范效應(yīng)。解讀物理儲(chǔ)能技術(shù)更新：2010-11-08 14:09:58作者：escn來(lái)源：中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng) 點(diǎn)擊：570次【字號(hào)：大 中 小】  在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，化學(xué)儲(chǔ)能的發(fā)展速度一直領(lǐng)先于物理儲(chǔ)能。但今年7月初，英利集團(tuán)透露了下一個(gè)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)和高產(chǎn)出項(xiàng)目飛輪儲(chǔ)能設(shè)備，預(yù)計(jì)

7、今年年底將推出第一批樣機(jī)，“十二五”期間將生產(chǎn)至少45萬(wàn)臺(tái)。除了飛輪儲(chǔ)能，抽水儲(chǔ)能一直以來(lái)被廣泛應(yīng)用，而另一種新的物理儲(chǔ)能方法壓縮空氣儲(chǔ)能也受到越來(lái)越多的關(guān)注，同時(shí)，中科院電工研究所的科學(xué)家對(duì)超導(dǎo)儲(chǔ)能的研發(fā)也取得進(jìn)展?？梢哉f，隨著能源體系對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)需求的提升，一直以環(huán)境污染小，運(yùn)行穩(wěn)定性高著稱的物理儲(chǔ)能技術(shù)正在迅速升溫，開始與化學(xué)儲(chǔ)能競(jìng)爭(zhēng)主角地位。 飛輪儲(chǔ)能：充放快捷、能量密度最大 早在上世紀(jì)50年代，瑞士歐瑞康公司就開發(fā)出飛輪儲(chǔ)能巴士。但此后三四十年間，由于高速旋轉(zhuǎn)飛輪驅(qū)動(dòng)、飛輪軸承摩擦等問題都難以解決，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展非常緩慢。 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由高速飛輪、軸承支

8、撐系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、功率變換器、電子控制系統(tǒng)和真空泵、緊急備用軸承等附加設(shè)備組成。谷值負(fù)荷時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由工頻電網(wǎng)提供電能，帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存能量，完成電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；出現(xiàn)峰值負(fù)荷時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)功率變換器輸出電流和電壓，完成機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。 與其他形式的儲(chǔ)能技術(shù)相比，飛輪儲(chǔ)能具有使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護(hù)方便、對(duì)環(huán)境危害小等優(yōu)點(diǎn)。飛輪儲(chǔ)能功率密度大于5 kW/kg，能量密度超過20 Wh/kg，效率在90%以上，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年，工作溫區(qū)為4050，無(wú)噪聲，無(wú)污染，維護(hù)簡(jiǎn)單，可連續(xù)工作，積木式

9、組合后可以實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)，輸出持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，主要用于不間斷電源（UPS）、應(yīng)急電源（EPS）、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制。 目前，國(guó)外已有公司和研究機(jī)構(gòu)嘗試將飛輪儲(chǔ)能引入風(fēng)力發(fā)電。其中，德國(guó)琵樂公司（Piller）的飛輪儲(chǔ)能具備在15秒內(nèi)提供1.65兆瓦電力的能力；美國(guó)Beacon power公司（BCON）的20兆瓦飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)已在紐約州史蒂芬鎮(zhèn)開建，用來(lái)配合當(dāng)?shù)仫L(fēng)場(chǎng)，建成后可以滿足紐約州10%的儲(chǔ)能需要。 不過，飛輪儲(chǔ)能還具有很大的局限性。對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說，可根據(jù)時(shí)間長(zhǎng)短將儲(chǔ)能分為三大塊：時(shí)間最長(zhǎng)的是能源管理，包括抽水儲(chǔ)能電站、壓縮空氣儲(chǔ)能和蓄電池。時(shí)間稍短的是過渡能源，通?？啃铍姵亟?/p>

10、決。然而，時(shí)間最短的則是超級(jí)電容和飛輪。 據(jù)了解，飛輪儲(chǔ)能需要電能的持續(xù)輸入，以維持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速恒定。一旦斷電，飛輪儲(chǔ)能通常只能維持一兩分鐘。這也意味著，飛輪儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)不在于時(shí)間的長(zhǎng)短，而是充放的快捷。 早在上世紀(jì)80年代初期，中國(guó)科學(xué)院電工研究所就開始了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的探索，但之后國(guó)內(nèi)沒有開展實(shí)質(zhì)性的研究工作。直到上世紀(jì)90年代中期，在國(guó)外技術(shù)進(jìn)步的影響下，國(guó)內(nèi)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)才逐步興起。但有專家認(rèn)為與國(guó)外技術(shù)水平差距在10年以上。 不過，光伏巨頭英利集團(tuán)涉足飛輪儲(chǔ)能消息的發(fā)布，與上述專家的觀點(diǎn)形成了鮮明的對(duì)比，立即引起了業(yè)界極大的興趣和關(guān)注。一向走在行業(yè)前沿、擅長(zhǎng)

11、“蛙跳”戰(zhàn)術(shù)的英利此舉，意味著中國(guó)的新能源企業(yè)正逐步走向行業(yè)最前沿的尖端領(lǐng)域。據(jù)財(cái)新網(wǎng)報(bào)道，其技術(shù)已經(jīng)超過了歐美，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到了80%。當(dāng)前電機(jī)中飛輪轉(zhuǎn)速達(dá)6萬(wàn)轉(zhuǎn)/秒，將來(lái)會(huì)達(dá)到14萬(wàn)轉(zhuǎn)/秒，而僅耗費(fèi)所儲(chǔ)能的2%以下。 抽水儲(chǔ)能：大容量?jī)?chǔ)能技術(shù) 技術(shù)成熟、低成本、循環(huán)水利用等優(yōu)勢(shì)，使得抽水儲(chǔ)能廣泛應(yīng)用。 所謂抽水儲(chǔ)能是間接儲(chǔ)存電能的一種方式，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和提供系統(tǒng)的備用容量，還可以提高系統(tǒng)中火電站和核電站的運(yùn)行效率，是電網(wǎng)運(yùn)行管理的重要工具。 據(jù)科學(xué)時(shí)報(bào)了解，抽水儲(chǔ)能利用下半夜過剩的電力驅(qū)動(dòng)水泵，將水從下水庫(kù)抽到上

12、水庫(kù)儲(chǔ)存起來(lái)，然后在次日白天和前半夜將水放出發(fā)電，并流入下水庫(kù)。在整個(gè)運(yùn)作過程中，雖然部分能量會(huì)在轉(zhuǎn)化間流失，但相比之下，使用抽水儲(chǔ)能電站仍然比增建煤電發(fā)電設(shè)備來(lái)滿足高峰用電而在低谷時(shí)壓荷、停機(jī)這種情況來(lái)得便宜，效益更佳。 上世紀(jì)六七十年代，日本、美國(guó)、西歐等國(guó)家和地區(qū)進(jìn)入抽水儲(chǔ)能電站建設(shè)的高峰期。截至2008年，美國(guó)和西歐經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水儲(chǔ)能機(jī)組容量占世界抽水儲(chǔ)能電站總裝機(jī)容量55%以上，其中：美國(guó)約占3%，日本則超過了10%，中國(guó)、韓國(guó)和泰國(guó)3個(gè)國(guó)家在建抽水儲(chǔ)能電站17.53GW，加上日本后達(dá)到24.65GW。 雖然，抽水儲(chǔ)能是目前唯一一種實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)

13、，但由于建設(shè)抽水儲(chǔ)能需要特殊的地理?xiàng)l件，同時(shí)，效率僅有70%左右，建設(shè)期長(zhǎng)達(dá)810年等因素，它的發(fā)展也受到了一定制約。 在我國(guó)，抽水儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)規(guī)劃已形成規(guī)范。機(jī)組由早期的四機(jī)、三機(jī)式機(jī)組發(fā)展為水泵水輪機(jī)和水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)組成的二機(jī)式可逆機(jī)組，極大地減小了土建和設(shè)備投資。 中國(guó)電力科學(xué)研究院張文亮在其論文儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用中認(rèn)為，為進(jìn)一步提高整體經(jīng)濟(jì)性，機(jī)組正向高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量方向發(fā)展，現(xiàn)已接近單級(jí)水泵水輪機(jī)和空氣冷卻發(fā)電電動(dòng)機(jī)制造極限，今后的重點(diǎn)將立足于對(duì)振動(dòng)、空蝕、變形、止水和磁特性的研究，著眼于運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，在水頭變幅不大和供電質(zhì)量要求較高的情況

14、下使用連續(xù)調(diào)速機(jī)組，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率控制。同時(shí)，提高機(jī)電設(shè)備可靠性和自動(dòng)化水平，建立統(tǒng)一調(diào)度機(jī)制以推廣集中監(jiān)控和無(wú)人化管理。 中國(guó)南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車研究所風(fēng)電事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)郭知彼在接受媒體采訪時(shí)坦言，盡管其他新興儲(chǔ)能方式正在不斷取得發(fā)展，但短時(shí)間內(nèi)，由于其他儲(chǔ)能方式的污染和成本等問題，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域，抽水儲(chǔ)能仍將是最主要的方式。 壓縮空氣儲(chǔ)能：高效率儲(chǔ)能技術(shù)壓縮空氣儲(chǔ)能電站（CAES）是一種用來(lái)調(diào)峰的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，主要利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)的剩余電力壓縮空氣，并將其儲(chǔ)藏在典型壓力7.5 MPa 的高壓密封設(shè)施內(nèi)，在用電高峰釋放出來(lái)驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電過程中，燃料的

15、2/3 用于空氣壓縮，其燃料消耗可以減少1/3，所消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少40%，同時(shí)可以降低投資費(fèi)用、減少排放。 值得注意的是，壓縮空氣儲(chǔ)能電站建設(shè)投資和發(fā)電成本均低于抽水儲(chǔ)能電站，但其能量密度低，并受巖層等地形條件的限制。不過，壓縮空氣儲(chǔ)能電站的優(yōu)勢(shì)也非常明顯，其儲(chǔ)氣庫(kù)漏氣開裂可能性極小，安全系數(shù)高，壽命長(zhǎng)，可以冷啟動(dòng)、黑啟動(dòng)，響應(yīng)速度快，主要用于峰谷電能回收調(diào)節(jié)、平衡負(fù)荷、頻率調(diào)制、分布式儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)備用。 盡管這種“壓縮氣體能源儲(chǔ)備”的概念已經(jīng)提出了30多年，但目前全世界僅有德國(guó)、美國(guó)兩家壓縮空氣發(fā)電廠。 這兩家發(fā)電廠分別創(chuàng)建于19世紀(jì)中后期和19世

16、紀(jì)末。目前，兩家壓縮空氣發(fā)電廠都運(yùn)營(yíng)正常。同時(shí)，美國(guó)艾奧瓦州正在建設(shè)全球第三家壓縮空氣發(fā)電廠，負(fù)責(zé)“艾奧瓦儲(chǔ)備能源公園”(ISEP)項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作的美國(guó)圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)得到了來(lái)自美國(guó)能源部的資金支持，預(yù)計(jì)將于2012年投入運(yùn)營(yíng)。 據(jù)了解，艾奧瓦儲(chǔ)備能源公園是一個(gè)壓縮空氣發(fā)電廠，該發(fā)電廠將充分利用艾奧瓦州豐富的風(fēng)力資源作為發(fā)電廠的運(yùn)行能源，存儲(chǔ)容量可用于50小時(shí)發(fā)電。一旦該項(xiàng)目開始運(yùn)營(yíng)，其每年發(fā)電量將占艾奧瓦州用電量的20%左右，每年可以為艾奧瓦州節(jié)省大約500萬(wàn)美元的能源成本。 不過，建設(shè)壓縮空氣發(fā)電廠并非易事。建設(shè)的首要任務(wù)之一，就是必須找到一個(gè)支持空氣壓縮存儲(chǔ)的地質(zhì)空

17、間，但這需要占用大面積土地，因此，選址也成為制約其發(fā)展的決定性因素之一。 盡管在壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)準(zhǔn)備相關(guān)設(shè)施的時(shí)候產(chǎn)生很多費(fèi)用，但是相關(guān)科學(xué)家還是認(rèn)為這種形式的儲(chǔ)存模式比制造電池便宜得多。另外，它的高容量和高效率已成為其區(qū)別于其他儲(chǔ)能方式的決定性優(yōu)勢(shì)。美紐約州推進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目進(jìn)程更新：2010-12-02 13:39:19作者：escn來(lái)源：中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng) 點(diǎn)擊：266次【字號(hào)：大 中 小】      中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：紐約州立電氣公司11月30日完成了此前與美國(guó)能源部（DOE）簽訂的2,960萬(wàn)元的合作協(xié)議，作為該機(jī)構(gòu)的智能電網(wǎng)示范研究項(xiàng)目的

18、一部分，紐約州立電氣公司推出了一種創(chuàng)新，環(huán)保的壓縮空氣儲(chǔ)能方式。并對(duì)在沃特金斯峽谷北，塞尼卡湖西部的某處建立壓縮空氣儲(chǔ)能電站進(jìn)行了全面的可行性研究。    壓縮空氣如何儲(chǔ)能？    壓縮空氣蓄能（CAES）指的是在高壓情況下通過壓縮空氣來(lái)存儲(chǔ)大量的可再生能源，然后將其存儲(chǔ)在大型地下洞室、枯竭井或蓄水層里。在非用電高峰期(如晚上或周末)，用電機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮進(jìn)一個(gè)特定的地下空間存儲(chǔ)。然后，在用電高峰期(如白天)，通過一種特殊構(gòu)造的燃?xì)鉁u輪機(jī)，釋放地下的壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電。雖然燃?xì)鉁u輪機(jī)的運(yùn)行仍然需要天然氣或其他石化燃料來(lái)作為動(dòng)力，

19、但是這種技術(shù)卻是一種更為高效的能源利用方式。利用這種發(fā)電方法，將比正常的發(fā)電技術(shù)節(jié)省一半的能源燃料。    紐約州立電氣公司總裁Mark S.Lynch表示：“這是一項(xiàng)令人激動(dòng)的技術(shù)，可以幫助我們解決持續(xù)增長(zhǎng)的電力需求。以壓縮空氣儲(chǔ)能的方式來(lái)滿足用電高峰時(shí)刻的電力需求對(duì)環(huán)境幾乎是沒有破壞影響的。    支持可再生能源電力儲(chǔ)存和電網(wǎng)穩(wěn)定    壓縮空氣儲(chǔ)能有能力滿足清潔的用電低谷時(shí)發(fā)出的可再生能源電力的儲(chǔ)存需求。此外，由于其具有快速啟動(dòng)功能，建議建設(shè)的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目可以把附件大型風(fēng)電場(chǎng)釋放出的不穩(wěn)定電力平

20、滑的持續(xù)性地輸入電網(wǎng)。同時(shí)，隨著風(fēng)能繼續(xù)在中部和西部發(fā)展，對(duì)快速反應(yīng)并能夠穩(wěn)定電網(wǎng)的技術(shù)的需求越來(lái)越大。    紐約州立電氣公司提出的利用壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)而建設(shè)的系統(tǒng)可以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)長(zhǎng)達(dá)16小時(shí)。美科學(xué)家欲用壓縮空氣儲(chǔ)能緩解能源短缺更新：2010-09-11 10:58:55作者：escn來(lái)源： 點(diǎn)擊：175次【字號(hào)：大 中 小】      據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，隨著國(guó)際石油價(jià)格最近不斷創(chuàng)出新高，如何解決未來(lái)的能源短缺問題再次成為科學(xué)家們關(guān)注的議題。美國(guó)科學(xué)家表示，壓縮空氣能源儲(chǔ)存(CAES)技術(shù)也許能有效地解決這一難題。&

21、#160;     美國(guó)科學(xué)家稱，“壓縮空氣能源儲(chǔ)備”的功能類似于一個(gè)大容量的蓄電池。在非用電高峰期(如晚上或周末)，用電機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮進(jìn)一個(gè)特定的地下空間存儲(chǔ)。然后，在用電高峰期(如白天)，通過一種特殊構(gòu)造的燃?xì)鉁u輪機(jī)，釋放地下的壓縮空氣進(jìn)行發(fā)電。雖然燃?xì)鉁u輪機(jī)的運(yùn)行仍然需要天然氣或其他石化燃料來(lái)作為動(dòng)力，但是這種技術(shù)卻是一種更為高效的能源利用方式。利用這種發(fā)電方法，將比正常的發(fā)電技術(shù)節(jié)省一半的能源燃料。      盡管這種“壓縮氣體能源儲(chǔ)備”的概念已經(jīng)提出了30多年，但目前全世界僅有兩家壓縮

22、空氣發(fā)電廠。美國(guó)阿拉巴馬州的壓縮空氣發(fā)電廠創(chuàng)建于17年前，而德國(guó)的壓縮空氣發(fā)電廠則已有30年歷史。目前，兩家壓縮空氣發(fā)電廠都運(yùn)營(yíng)正?！，F(xiàn)在，美國(guó)愛荷華州正在建設(shè)全球第三家壓縮空氣發(fā)電廠。美國(guó)圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)得到了來(lái)自美國(guó)能源部的資金支持，負(fù)責(zé)“愛荷華儲(chǔ)備能源公園”(ISEP)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。“愛荷華儲(chǔ)備能源公園”其實(shí)就是一個(gè)壓縮空氣發(fā)電廠，該發(fā)電廠將充分利用愛荷華州豐富的風(fēng)力資源作為發(fā)電廠的運(yùn)行能源。愛荷華發(fā)電廠的壓縮空氣存儲(chǔ)容量可用于50小時(shí)的發(fā)電。一旦ISEP開始運(yùn)營(yíng)，其每年發(fā)電量將占愛荷華州用電量的20%左右，每年可以愛荷華州節(jié)省大約500萬(wàn)美元的能源成本。  &

23、#160;   壓縮空氣發(fā)電廠建設(shè)的首要任務(wù)之一，就是找到一個(gè)支持空氣壓縮存儲(chǔ)的地質(zhì)空間。經(jīng)過對(duì)廠址附近地區(qū)進(jìn)行嚴(yán)密的地震檢測(cè)、反復(fù)的計(jì)算機(jī)模擬以及對(duì)其他壓縮空氣發(fā)電廠相關(guān)數(shù)據(jù)的認(rèn)真分析，ISEP研究者稱目前他們已經(jīng)找到了合適的空氣存儲(chǔ)空間。圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室已從ISEP項(xiàng)目所在地提取了多種礦石樣本，并進(jìn)行了認(rèn)真的分析與反復(fù)評(píng)估。這些分析和評(píng)估數(shù)據(jù)將為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和發(fā)電廠的建設(shè)提供了最必要的原始信息。據(jù)圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室ISEP項(xiàng)目負(fù)責(zé)人匹克介紹，該項(xiàng)目目前進(jìn)展順利，預(yù)計(jì)將于2012年投入運(yùn)營(yíng)。最近，圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室又開始研究風(fēng)能利用與空氣壓縮能源儲(chǔ)備兩者組合技術(shù)。這種組合技術(shù)將

24、首先應(yīng)用于ISEP項(xiàng)目中，繼爾可能推廣到全美其他發(fā)電廠。      但是大規(guī)模地儲(chǔ)藏壓縮空氣需要占用大面積土地。研究者們使用特殊材料制成一個(gè)50米寬，80米高的巨型風(fēng)袋，將其置于600米以下的深水中，根據(jù)計(jì)算，這樣一個(gè)容積的袋子中，每立方米容積內(nèi)可以儲(chǔ)存25兆焦耳的能量。在CAES的儲(chǔ)存中，水下是關(guān)鍵，只有深水巨大的壓力才能使能源的儲(chǔ)量增大。盡管在準(zhǔn)備相關(guān)設(shè)施的時(shí)候產(chǎn)生很多費(fèi)用，但是科學(xué)家還是認(rèn)為這種形式的儲(chǔ)存模式比制造電池便宜得多。另外，在使這些壓縮空氣產(chǎn)生動(dòng)力時(shí)，普通大小的風(fēng)機(jī)難以滿足其要求，所以更大更牢固的葉片需要被應(yīng)用在這種技術(shù)中。&#

25、160;     現(xiàn)在，一般的渦輪機(jī)使用于40米深的水下，如何才能制造出可以在600米以下的深水處運(yùn)行的渦輪呢？科學(xué)家指出，在法國(guó)、葡萄牙等地的大陸架上可以安裝渦輪，這些大陸架進(jìn)入海洋深處，完全可以在那里形成能源轉(zhuǎn)換。研究人員說，“可再生能源的發(fā)展不僅在實(shí)際用途上為人類帶來(lái)了新的方向，也促進(jìn)了科技的發(fā)展。海水中的儲(chǔ)風(fēng)袋讓風(fēng)能成為當(dāng)今更加時(shí)尚和引人注目的能源。或許在今后，更多不可思議的技術(shù)將會(huì)給可在生能源更多的活力，也會(huì)給人們更多驚喜。”基于飛輪儲(chǔ)能的新型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的研究更新：2010-09-17 15:48:15作者：朱俊星，王同勛 來(lái)源： 點(diǎn)擊：2

26、01次【字號(hào)：大 中 小】摘   要：提出一種基于飛輪儲(chǔ)能的新型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)，其可對(duì)深度電壓暫降進(jìn)行補(bǔ)償；大功率、高儲(chǔ)能量的飛輪儲(chǔ)能單元成本高昂，為提高飛輪的總儲(chǔ)能量，采用飛輪儲(chǔ)能陣列，各臺(tái)飛輪儲(chǔ)能單元并聯(lián)連接于同一直流母線。詳細(xì)分析該系統(tǒng)的工作原理和各部分的控制策略；對(duì)飛輪儲(chǔ)能陣列運(yùn)行于放電狀態(tài)的控制策略進(jìn)行了研究，提出了一種新型的放電控制策略。最后利用MatlabSimulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了所提拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略的可行性。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；飛輪儲(chǔ)能陣列；并聯(lián)運(yùn)行；放電控制      

27、  隨著工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，接入電力系統(tǒng)的沖擊性負(fù)荷急劇增加，電能質(zhì)量問題變得越來(lái)越嚴(yán)重，從而造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至生產(chǎn)過程中斷。根據(jù)各國(guó)學(xué)者和電力部門統(tǒng)計(jì)，在電力系統(tǒng)的各種電能質(zhì)量問題中，電壓暫降的危害最大。目前，最有效的補(bǔ)償裝置是動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)。       傳統(tǒng)的DVR在補(bǔ)償電壓暫降時(shí)，其所需能量由并聯(lián)于所補(bǔ)償電網(wǎng)的整流器提供，缺點(diǎn)是不能補(bǔ)償深度電壓暫降。因此有學(xué)者提出由儲(chǔ)能裝置來(lái)提供能量。常見的儲(chǔ)能裝置有：蓄電池、超級(jí)電容、超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置以及飛輪儲(chǔ)能裝置。與其他幾種儲(chǔ)能方式相比，飛輪儲(chǔ)能具有高儲(chǔ)能量、長(zhǎng)壽命、高效率、無(wú)污

28、染等特性。因此在飛輪電池以及工業(yè)用UPS電源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。飛輪儲(chǔ)能是一高速旋轉(zhuǎn)的飛輪質(zhì)體作為機(jī)械能量?jī)?chǔ)存的介質(zhì)，利用電機(jī)和能量轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)來(lái)控制能量的輸入(儲(chǔ)存能)和輸出(釋放能)。目前，產(chǎn)品化的飛輪儲(chǔ)能單元最高指標(biāo)通常為儲(chǔ)能量25 kWh，功率250 kW，若要求更高功率、更大儲(chǔ)能量則需采用飛輪儲(chǔ)能單元并聯(lián)運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)對(duì)多臺(tái)飛輪并聯(lián)運(yùn)行的控制策略進(jìn)行了研究，提出了一種以飛輪可釋放能量為比例分配各臺(tái)飛輪儲(chǔ)能裝置輸出功率的控制策略，此控制策略會(huì)導(dǎo)致各臺(tái)并聯(lián)飛輪的充放電次數(shù)不均勻。        針對(duì)以上不足，本文提出

29、了一種基于飛輪儲(chǔ)能的新型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；詳細(xì)分析了該系統(tǒng)的工作原理和各部分的控制策略；針對(duì)飛輪并聯(lián)運(yùn)行提出了一種新的放電控制策略；最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。1 、電路拓?fù)?#160;      基于飛輪儲(chǔ)能的DVR的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖l所示，其主要由DVR變換器、濾波器、旁路開關(guān)、串聯(lián)變壓器、變換器A、電感L和飛輪儲(chǔ)能陣列(FESA)組成。        DVR變換器、濾波器、旁路開關(guān)和串聯(lián)變壓器一起組成串聯(lián)型電壓恢復(fù)器，變換器A和電感L構(gòu)成PWM整流器，飛輪儲(chǔ)能陣列由多臺(tái)飛輪儲(chǔ)能

30、單元(FESU)并聯(lián)組成，飛輪儲(chǔ)能單元由飛輪變換器、永磁無(wú)刷直流電機(jī)和飛輪3部分組成。電網(wǎng)電壓正常時(shí)，飛輪處于充電狀態(tài)：在電網(wǎng)電壓發(fā)生暫降時(shí)，DVR變換器經(jīng)串聯(lián)變壓器向電網(wǎng)注入補(bǔ)償電壓，從而保證負(fù)載電壓是額定電壓。淺度電壓暫降時(shí)能量由電網(wǎng)提供；深度電壓暫降時(shí)能量由飛輪提供。        驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用三相永磁無(wú)刷直流電機(jī)，因其具有運(yùn)行可靠、免維護(hù)、高效率以及調(diào)速性能好的特點(diǎn)，其主要參數(shù)如表l所示。2、 系統(tǒng)的控制策略21飛輪充電控制       飛輪的充電控制采用雙

31、環(huán)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。其中，速度調(diào)節(jié)器采用復(fù)合控制。在啟動(dòng)階段，希望轉(zhuǎn)速快速上升，而對(duì)控制精度要求相對(duì)較低，采用恒轉(zhuǎn)矩限流啟動(dòng)；在調(diào)速階段，采用恒功率充電模式，隨著轉(zhuǎn)速的升高，輸入電流反比減小，可以減小不平衡磁拉力對(duì)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響，恒功率充電以系統(tǒng)能承受的最大功率P*為加速度功率；當(dāng)速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，希望有較高的穩(wěn)態(tài)精度，采用PI控制。22 飛輪放電控制        在飛輪放電過程中，電機(jī)運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)，隨著轉(zhuǎn)速的降低，電壓也隨之降低。為了得到恒定的直流母線電壓，采用電機(jī)回饋制動(dòng)的半橋調(diào)制方式。 

32、;      各臺(tái)并聯(lián)飛輪屬于同一規(guī)格，電氣參數(shù)基本一致；前后兩次電壓暫降間隔足以讓所有飛輪轉(zhuǎn)速都上升到額定轉(zhuǎn)速，故功率和儲(chǔ)能量相等；為了減少系統(tǒng)損耗，每次放電時(shí)投入運(yùn)行的飛輪個(gè)數(shù)應(yīng)盡可能少。飛輪放電控制的關(guān)鍵點(diǎn)是如何計(jì)算放電的飛輪臺(tái)數(shù)以及每臺(tái)飛輪的輸出電流指令值。       各臺(tái)飛輪的充放電次數(shù)為：T1T2，TN，則放電控制策略如下：    1)按照充放電次數(shù)由少到多依次給各臺(tái)飛輪排序，如充放電次數(shù)相同，則轉(zhuǎn)速高者序列號(hào)小。   

33、2)根據(jù)式(1)確定進(jìn)入放電狀態(tài)的飛輪臺(tái)數(shù)m。    式中，Pmaxi為i臺(tái)飛輪的最大輸出功率；P*是需要輸出的功率指令值。    3)當(dāng)P*<Pmax1，F(xiàn)ESU1進(jìn)入放電狀態(tài)，其輸出電流指令值為：，其中E1為BLDCM1的反電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)P*>Pmax1，輸出功率指令值超出任意一臺(tái)飛輪儲(chǔ)能單元的最大輸出功率。因此，需多臺(tái)飛輪進(jìn)入放電狀態(tài)，F(xiàn)ESU1至FESUm-1的輸出電流指令值為：，F(xiàn)ESUm的輸出電流指令值為。        隨著能量的釋放，飛輪轉(zhuǎn)速

34、下降，故儲(chǔ)能量和輸出功率隨之減小，當(dāng)原有投入放電的飛輪不能滿足負(fù)載需求時(shí)，投入放電的飛輪臺(tái)數(shù)以及各臺(tái)飛輪的輸出電流指令值需重新計(jì)算。        將之前進(jìn)入放電狀態(tài)的飛輪的序列號(hào)都增加1，然后返回1)重新計(jì)算。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，投入放電狀態(tài)的飛輪的充放電次數(shù)都增加1。由上述分析可得飛輪放電的控制框圖如圖2所示。 23 DVR變換器的控制       補(bǔ)償電壓的輸出需同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和高穩(wěn)定精度。前饋控制可以顯著提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，

35、縮短補(bǔ)償電壓發(fā)出的時(shí)間。反饋控制可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。因此，采用由前饋控制、電壓瞬時(shí)值和濾波電容電流瞬時(shí)值反饋控制構(gòu)成的復(fù)合控制策略。24 變換器A的控制      變換器A的控制目的是控制直流母線電壓恒定的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)交流側(cè)輸入電流的正弦化且與電網(wǎng)電壓同相位。      變換器在abe三相靜止坐標(biāo)系下的方程為：       式中，L為與電網(wǎng)相連的濾波電感的電感值，將功率開關(guān)管損耗等效電阻同濾波電感等效電阻合并為R，usa、usb、usc為電網(wǎng)三

36、相電壓，ia、ib、ic為變換器交流側(cè)三相電流，ea、eb、ec為變換器輸出的三相電壓。    通過坐標(biāo)變換將該數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換至同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，變換器在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：    式中，ud、uq為三相電網(wǎng)電壓在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的投影；id、iq為變換器交流側(cè)三相電流在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的投影。      選取同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸與電網(wǎng)a相電壓矢量重合，則uq=O，式(3)可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：        這說明當(dāng)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定時(shí)，

37、控制了變換器d軸電流即控制了輸入的有功功率；控制了變換器q軸電流即控制了輸入的無(wú)功功率。若要實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)控制，即輸入的無(wú)功功率為零，只要令變換器q軸電流設(shè)定值即可。       由式(4)可知，該數(shù)學(xué)模型存在交叉耦合項(xiàng)，因而給控制器設(shè)計(jì)造成一定難度。為此，采用前饋解耦控制策略，當(dāng)電流調(diào)節(jié)器采用PI控制器時(shí)，則uid和uiq的控制方程如下：         式中，Kp、Ki為電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)和積分系數(shù)；為電流指令值。   

38、將式(5)代人式(4)，并化簡(jiǎn)得：      式(6)實(shí)現(xiàn)了電流內(nèi)環(huán)的解耦控制。由上述分析可得變換器A的控制框圖如圖3所示。3、 仿真結(jié)果        針對(duì)提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，利用MatlabSimulink進(jìn)行仿真研究。系統(tǒng)主要參數(shù)如表2所示。其中，F(xiàn)ESA由2臺(tái)FESU并聯(lián)組成。31 飛輪充電狀態(tài)        圖4是飛輪充電時(shí)變換器A交流側(cè)的電壓和電流波形，由圖4中可以看出電流與電壓同相，實(shí)現(xiàn)

39、了電流對(duì)電壓功率因數(shù)控制。圖5是飛輪充電過程中，電機(jī)A相電流波形。相電流波形為方波，在換相過程中，相電流有一定的波動(dòng)。32 淺度電壓暫降補(bǔ)償狀態(tài)        在淺度電壓暫降補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，能量由變換器A提供。圖6給出了電壓暫降時(shí)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償波形，由圖6可以看出系統(tǒng)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，同時(shí)具有良好的穩(wěn)定性和跟蹤性能。33 深度電壓暫降補(bǔ)償狀態(tài)        在深度電壓暫降補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，能量由飛輪提供。圖7給出了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償波形。圖8和圖9是飛輪放電過程中，電機(jī)的相電流波形。在O15O25