能源革命中的物理儲能技術(shù)
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物理儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
抽水蓄能
抽水蓄能利用電能和水勢能的相互轉(zhuǎn)化進行能量存儲，具有效率高、容量大、壽命長、儲能周期不受限制等優(yōu)點，是目前技術(shù)最成熟、應用最廣泛的電力儲能技術(shù)。但是，由于抽水蓄能需要建造水庫和水壩，其應用受地理條件的限制。表?2?為抽水蓄能技術(shù)特征，典型抽水蓄能電站規(guī)模為?100—3000?MW，主要適用于電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰填谷、能量管理、備用等方面。
抽水蓄能技術(shù)自從?1882?年國際第一座抽水蓄能電站在瑞士使用以來，已經(jīng)發(fā)展近?130?多年，技術(shù)已經(jīng)成熟。目前世界上在運營的最大抽水蓄能電站是?1985?年投入運行的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站，裝機容量達到?30．03?MW。
我國的抽水蓄能技術(shù)研發(fā)與建設起步較晚，1968年首次在河北省崗南水電站引進?2?臺日本制造的單機11?MW?混合式抽水蓄能機組。經(jīng)過?50?余年的發(fā)展，我國抽水蓄能已從引進、吸收消化階段轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾餮邪l(fā)階段。2016?年?6?月投入商業(yè)運行的浙江仙居抽蓄電站機組是我國真正意義上第一臺完全自主設計、自主生產(chǎn)、自主安裝運營的設備，也標志著我國打破國外的技術(shù)壟斷，完整掌握大型抽水蓄能電站核心技術(shù)。
總體來說，抽水蓄能技術(shù)正朝著大容量、高水頭、高效率、智能化方向發(fā)展，具體關(guān)鍵技術(shù)包括：高水頭大功率水泵水輪機、高轉(zhuǎn)速大功率發(fā)電機、變速調(diào)節(jié)控制、無人化智能控制與集中管理、信息化施工、隧道掘進機開挖技術(shù)、新型鋼材和瀝青混凝土技術(shù)等。
壓縮空氣儲能系統(tǒng)
傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃氣輪機技術(shù)，利用電能和空氣內(nèi)能進行能量儲存的系統(tǒng)。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有容量較大、周期長、壽命長、投資相對小等優(yōu)點，但由于其不是一項獨立的技術(shù)，必須同燃氣輪機電站配套使用，依賴燃燒化石燃料提供熱源，且依賴大型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，因此應用也受到地理條件的限制。表?3?為壓縮空氣儲能技術(shù)特征，可見，壓縮空氣儲能系統(tǒng)與抽水蓄能技術(shù)特性相似，其應用領域與抽水蓄能也相同。
傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)自從?1949?年?Stal Laval?提出利用地下洞穴實現(xiàn)壓縮空氣儲能以來，國際上只有兩座大規(guī)模傳統(tǒng)壓縮空氣儲能電站投入商業(yè)運行，分別是德國的?290?MW Huntorf?電站和美國的?110?MW McIntosh?電站。此外，日本建設?2?MW?傳統(tǒng)壓縮空氣儲能示范電站。我國只進行了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)相關(guān)理論研究。
傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)存在依賴大型儲氣洞穴、依賴化石燃料兩大技術(shù)瓶頸，嚴重限制了其推廣應用。近年來，為解決上述技術(shù)瓶頸，國內(nèi)外學者開發(fā)了多種新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)。目前國際上已經(jīng)實現(xiàn)?MW?級示范的系統(tǒng)包括：美國?SustainX?公司等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)、美國?General Compression?公司蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)、英國?Highview?公司液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)。國內(nèi)，中國科學院工程熱物理研究所于?2009?年在國際上首次提出超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)，并研制了國際首套?1．5?MW?和?10?MW?示范系統(tǒng)，系統(tǒng)效率高于全球所有同等規(guī)模系統(tǒng)的效率，并且已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，目前正在開展?100?MW?級系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)與示范。
壓縮空氣儲能技術(shù)正朝著不依賴化石燃料、不依賴大型儲氣室、提高系統(tǒng)效率方向發(fā)展，主要通過提高關(guān)鍵部件技術(shù)性能、優(yōu)化系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等手段來實現(xiàn)，具體關(guān)鍵技術(shù)包括寬負荷壓縮機技術(shù)、高負荷膨脹機技術(shù)、高效蓄熱技術(shù)、儲氣技術(shù)和系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等。