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压缩空气蓄能发电

2011-01-02 18:41:08.0

压缩空气蓄能发电站的比较优势和市场前景

陶 芒

能源焦点

能源已越来越成为世界发展的焦点，电力更是现代社会一切活动的物质基础。从原始社会利用火，到现代社会利用电能、核能，能源每“前进”一步都对社会产生了巨大的推动力。经济发展、民族兴旺、社会和谐、国家富强都要靠能源来支撑。目前全世界每天要消耗8400万桶石油，我国每天要消费600万吨以上标准煤。
已探明的世界石油资源按目前消费水平仅够40年消耗。我国的能源形势更加严峻，石油资源仅够开采14年，原油进口已破亿吨大关。超级大国为了争夺石油，不惜大打出手，能源已变为维系生命线的战略资源。
2005年我国发电量达到24747亿KW·h，居世界第二位，但在实际生活中仍越来越感到用电紧张，企业用电更是受到制约。与此同时出现的怪现状是：白天不够用，深夜用不完。现代电力应用现状是大机组、大电网、大系统面对着数以万亿户分散、随机、无序的终端用户，而电力供应却是产供销瞬时完成，不会“积存”，也没有半成品。昼夜的更替、季节的轮回、节假日、生产周期变动等因素出现峰谷电差达到惊人程度。我国东北电网峰谷电差达到最大负荷的37%，华北电网峰谷电差更大，达到40%。若以2005年的峰谷电差达到8661.45亿KW·h计算，相当于46290万吨原煤，等于数十座中大型煤矿年产量。若干年来，这些电力白白流失，这么个大“漏洞”，怎不令人痛心疾首！

压缩空气蓄能电站是一种新的解决方案
世界电力供应系统正趋向跨地区或全国联网，甚至跨国联网，实行全天候供电。然而供电与用电总是不匹配，尤其在深夜，过剩电力“大放空”几乎无法避免。为改变这个局面，人们殚思竭虑地寻找蓄能“蓄电”方法。比如蓄电池组、机械飞轮、超级电容器堆、超导磁储电，等等。终因效率不高，寿命短，存取不便，蓄能容量偏小，投资成本大等，难以运作。
目前已经广泛采用的是抽水蓄能电站和压缩空气蓄能电站。我国已建成投产的有：浙江安吉天荒坪电站、广州（从化）抽水蓄能电站。
天荒坪电站，2000年建，至今已成功运行6年，装机容量为180万KW，年发电量31.60亿KW·h，总投资63亿人民币，在调荷和回收电能方面发挥了重要功能。
压缩空气蓄能电站是一种新型蓄能蓄电技术。早在1978年，德国建成世界第一座示范性压缩空气蓄能电站获得成功，紧跟其后的是美国、日本和以色列，都已建成使用，我国有识之士早已呼吁多年，但尚未引起决策者响应。而国外的实践告诉我们，这确实是一个新的解决方案。压缩空气蓄能发电技术具有显著的比较优势和市场前景，请看压缩空气蓄能电站与抽水蓄能电站对比分析：
1．建电站地理条件要求
抽水电站：建站地理条件要求苛刻，上水库建在面积较大的山顶上，高度、面积、地质结构要求严格。下水库占地面积也大。并且水源、道路交通都有特定要求。
压气电站：无特定地理要求，山洞、山脚、荒滩、废矿井，甚至海滩、海底都可以，储气库深埋地下，几乎不占用土地。
2．投资额与建设周期
抽水电站：装机容量180万KW，投资额65～90亿元，建设周期6～8年。
压气电站：装机容量180万KW，投资额55～60亿元，建设周期3～5年。
3．建站占地面积与工程量
抽水电站：建站占地4000～5000亩，工程量包括上下两个水库、引水管、导流管、盘山公路、引水渠等等。
压气电站：占地少，厂房及设施只需占地10亩。储气库深埋地下，地面可以种农作物。
4．运行效率与成本
抽水电站：能量转换效率70～73%，水资源成本需支付费用，并需连续补充失耗的水量。
压气电站：能量转换效率达到77～90%，空气不要付费，使用中没有“相变”能量损失。
5．安全性
抽水电站：地震、滑坡、暴风雨、泥石流、岩石风化、坝体开裂、热胀冷缩破裂等等都存在风险。
压气电站：储气库深埋于地下，比较稳定，温差变化小，储气库设置多道安全措施后，安全系数高。
6．能量载体特性
抽水电站：水分容易蒸发、流失，尤其是高温季节，输送成本高、粘度高，流速不快，水轮机响应速度慢。
压气电站：能量载体——空气到处存在不怕流失，流速快，因而响应速度快，能够适应冷启动、黑启动，尤其适合调控负荷平衡，其它任何能量载体无法达到。
德国建成的压缩空气蓄能电站，装机容量29万KW，换能效率高达77%，若再利用“渠氏超导热管技术”，换能效率提升至90%。
美国压缩空气蓄能电站规模达到2700MW装机容量，相当于2个核电站的发电量，可供给68万户居民两天用电量。
压缩空气蓄能电站的关键设施是储气库，通常深埋于地下，技术上没有难度。可以利用报废矿井、山洞、废气井等。

压缩空气蓄能电站示范效应与深远意义
压缩空气蓄能电站的重要意义在于：
1．空气是“能源多媒体”的最佳选择
大力开发太阳能、风能、波浪能以及核能是世界潮流，但往往都存在供需不同步、供需不均衡的状态，能够把各种形态能源转换、储存、取用的“能量多媒体”只有“空气”，它是这个“角色”的“最佳人选”。
2．经济效益、社会效益巨大
按发电量的三分之一计算，每年可节约四五亿吨煤炭，相当于数十座中大型煤矿年产量，而且年年受益，经济效益、社会效益巨大，节约大量资源，促进经济社会可持续发展。
3．为“十一五”规划作贡献
根据我国“十一五”规划，节能降耗指标要达到20%，压缩空气蓄能发电技术是一个很好的选择，而且会产生显著的示范效应。

专利链接
利用废弃矿井的压缩空气蓄能发电站

【申请(专利)号】 CN200410022747.3（申 朗）
本发明是一种利用废弃矿井的压缩空气蓄能发电站。由将废弃矿井的井口进行耐压封闭后形成的洞室作为压缩空气贮存洞室，并与空气压缩机、发电机、气轮机、压缩空气输送管道、压缩空气控制阀门、变电换流站、厂房所共同组成，作为蓄能介质的压缩空气是被贮存在由废弃的矿井封闭后形成的洞室内。
其最大特点是将废弃矿井的井口进行耐压封闭后形成的洞室作为压缩空气贮存洞室，在电网用电低谷时段时，从电网上取多出社会用电量的富余电能驱动空气压缩机向洞室内充气进行蓄能，而在社会用电高峰时段时，则将压缩空气从洞室释放用于驱动气轮机带动发电机发电向用户供电，实现了对电网的峰、谷调节。发明的优点是将废弃矿井这种有害废物重新转化为用于二次发电的有用资源，并由此节约大部分的蓄能电站建设成本，创造出非常可观的经济与社会效益。

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