日前，英國(guó)Highview Power公司表示，正式開通運(yùn)營(yíng)全球第一個(gè)電網(wǎng)規(guī)模的液體空氣儲(chǔ)能(LAES)工廠。這個(gè)位于曼徹斯特附近的儲(chǔ)能容量為5兆瓦/15兆瓦時(shí)的液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)工廠可以為5000個(gè)家庭提供3小時(shí)的電力，以及電網(wǎng)平衡和監(jiān)管服務(wù)。

采用替代能源技術(shù)

“到2030年，全球儲(chǔ)能市場(chǎng)將累計(jì)增長(zhǎng)到125吉瓦/ 305吉瓦時(shí)，在此期間將吸引1030億美元的投資。”彭博新能源財(cái)經(jīng)的儲(chǔ)能行業(yè)分析負(fù)責(zé)人Logan Goldie Scot說。“儲(chǔ)能系統(tǒng)成為一種新建發(fā)電或網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)的實(shí)用替代方案，特別是對(duì)于某些市場(chǎng)中未充分利用的電力資產(chǎn)。我們預(yù)計(jì)在此期間，儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間將越來越長(zhǎng)，并提供峰值容量和可再生能源集成等服務(wù)。”

隨著液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)技術(shù)已經(jīng)在電網(wǎng)規(guī)模上得到驗(yàn)證，該工廠為全球更加廣泛采用液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)技術(shù)鋪平了道路。真正的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能對(duì)于實(shí)現(xiàn)更廣泛的可再生能源部署至關(guān)重要，可以克服太陽(yáng)能和風(fēng)能的間歇性，并幫助平滑電力需求的高峰和低谷。液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)系統(tǒng)的容量可以輕松且經(jīng)濟(jì)高效地?cái)U(kuò)展到數(shù)百兆瓦，并且可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)輕松存儲(chǔ)足夠大約100,000個(gè)家庭提供的電力。

Highview Power公司的專利技術(shù)采用了渦輪機(jī)械、發(fā)電和工業(yè)氣體領(lǐng)域的既定流程。液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)使用的組件和子系統(tǒng)是主要OEM廠商提供的成熟技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上依賴于發(fā)電和工業(yè)氣體行業(yè)的既定流程，其已知的成本、性能和生命周期都能確保低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)如何運(yùn)作?

液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)，也稱為低溫儲(chǔ)能(CES)，是一種大規(guī)模的長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)，可以安裝在需求點(diǎn)。液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)工廠可以提供長(zhǎng)期儲(chǔ)能。其流體是液化空氣或液氮(約78%的空氣)，裝機(jī)容量規(guī)模從大約5兆瓦擴(kuò)展到數(shù)百兆瓦，該系統(tǒng)非常適合長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用。

液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)的基本原理是當(dāng)空氣冷卻至-196°C(-320°F)時(shí)變?yōu)橐后w，因此可以非常有效地儲(chǔ)存在隔熱的低壓容器中。當(dāng)電力價(jià)格更低(通常在晚上)時(shí)，使用電力將空氣從大氣中冷卻至-196°C，使用克勞德循環(huán)至液化點(diǎn)。占據(jù)氣體體積千分之一的液態(tài)空氣可以在大氣壓下在大型真空瓶中保存很長(zhǎng)時(shí)間。

圖1 液態(tài)空氣能量存儲(chǔ)系統(tǒng)涉及三個(gè)過程：液化、存儲(chǔ)和回收。

液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)涉及三個(gè)核心流程(如圖1所示)：

(1)液化空氣

充電系統(tǒng)是空氣液化器，其使用電能從周圍環(huán)境吸取空氣，清潔空氣，然后將空氣冷卻至零度以下直至空氣液化。其結(jié)果可以使700升環(huán)境空氣變成1升液態(tài)空氣。

(2)存儲(chǔ)能量

將液態(tài)空氣儲(chǔ)存在低壓的隔熱罐中，可以起到儲(chǔ)存能量的作用。該設(shè)備已在全球范圍內(nèi)部署，用于液氮、氧氣和液化天然氣的大量存儲(chǔ)。工業(yè)中使用的儲(chǔ)存罐具有存儲(chǔ)大量能量的能力。

(3)動(dòng)力回收

當(dāng)需要?jiǎng)恿r(shí)，液體空氣從罐中抽出并泵送至高壓。空氣蒸發(fā)并過熱至環(huán)境溫度。這產(chǎn)生高壓氣體，然后用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。

在第三階段，溫度非常低的空氣被專用的高級(jí)冷藏罐排出并捕獲。這在液化過程中的稍后時(shí)間使用以提高效率。或者，該系統(tǒng)可以整合來自諸如液化天然氣(LNG)終端的工業(yè)過程的廢冷。

液化空氣的低沸點(diǎn)意味著通過引入上述環(huán)境熱量可以提高系統(tǒng)的往返效率。Highview Power公司的標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)系統(tǒng)捕獲并存儲(chǔ)液化過程(第1階段)產(chǎn)生的熱量，并將這些熱量集成到動(dòng)力回收過程(第3階段)。該系統(tǒng)還可以在第三階段集成來自工業(yè)過程(例如火力發(fā)電或鋼廠)的廢熱，從而回收額外的能量。

與基于化學(xué)的技術(shù)不同，該系統(tǒng)使用熱力循環(huán)運(yùn)行，該循環(huán)可以與并置的熱過程相連接，例如液化天然氣(LNG)再氣化設(shè)備、調(diào)峰設(shè)備和工業(yè)應(yīng)用。這意味著它可以利用廢熱和廢冷，通過將廢熱能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的有用資源來提高主要工藝的效率。

在最佳環(huán)境下部署時(shí)，100兆瓦的電廠可以存儲(chǔ)足夠的電力，為10萬戶家庭供電。這是中型到大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的最佳選擇，可以現(xiàn)場(chǎng)部署在需求點(diǎn)。

圖2顯示了25兆瓦/1125兆瓦液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)裝置的配置。該系統(tǒng)以及目前可用的所有儲(chǔ)能系統(tǒng)都需要大量空間。

圖2 儲(chǔ)能容量為2.25/125MW的液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES)的組件包括壓縮機(jī)房、空氣凈化器、冷箱和冷膨脹機(jī)、液體空氣存儲(chǔ)器、低溫泵、集裝箱式電源渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，2×10MW、熱交換器容器、高級(jí)冷庫(kù)、熱水儲(chǔ)存器、以及電氣進(jìn)口和開關(guān)室。