晉州多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能電站的構(gòu)想

多能互補(bǔ)集成優(yōu)化作為新的能源發(fā)展方向，也是能源變革的發(fā)展趨勢(shì)，已上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面高度。2016年7月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局《關(guān)于推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》中明確提出將在“十三五”期間建成多項(xiàng)終端一體化集成供能示范項(xiàng)目及風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)示范工程。今年10月，國(guó)家能源局再次下發(fā)《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，這是我國(guó)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展的指導(dǎo)性政策，進(jìn)一步深化和完善了多能互補(bǔ)集成優(yōu)化+儲(chǔ)能的能源發(fā)展模式。

優(yōu)勢(shì)初顯

目前，國(guó)內(nèi)具有代表性的一批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程項(xiàng)目均在建設(shè)當(dāng)中，例如屬于能源消費(fèi)終端電熱冷氣一體化集成的多能互補(bǔ)示范工程，包括武漢未來(lái)科技城多能互補(bǔ)示范工程項(xiàng)目、合肥空港示范區(qū)多能互補(bǔ)示范工程項(xiàng)目和青島中德生態(tài)園多能互補(bǔ)示范工程等;屬于大型綜合能源基地風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)示范工程，包括寧夏嘉澤新能源智能微電網(wǎng)項(xiàng)目(已投運(yùn))和青海龍羊峽水光互補(bǔ)項(xiàng)目(已投運(yùn))等，其能源高效利用的優(yōu)勢(shì)已初現(xiàn)。

在國(guó)外，歐洲地區(qū)太陽(yáng)能與其他能源相結(jié)合使用較多，例如丹麥主要采用太陽(yáng)能與生物質(zhì)能聯(lián)合應(yīng)用，這種能源利用方式得到了丹麥政府的大力支持。另外，瑞典在太陽(yáng)能與生物質(zhì)能結(jié)合方面也取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。德國(guó)的供暖方式之一是采用太陽(yáng)能與燃?xì)饣パa(bǔ)系統(tǒng)。

除了上述的多能互補(bǔ)之外，利用主要可再生能源多能互補(bǔ)+壓縮空氣儲(chǔ)能生產(chǎn)電力，將是一種完全意義上的清潔綠色能源方式，也是多能互補(bǔ)方面的一個(gè)重要領(lǐng)域，Z近由國(guó)家專利局授權(quán)的《一種海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能聯(lián)合利用發(fā)電站》為此做出了有益探索。

壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

岸線地帶是海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能三大能源集中區(qū)域，具有得天獨(dú)厚的自然可再生能源區(qū)位優(yōu)勢(shì)，為三大自然能源多能互補(bǔ)+儲(chǔ)能利用開(kāi)辟了無(wú)限的想象空間。海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能電站原理及主要組成部分包括海浪能部分、風(fēng)能部分、太陽(yáng)能及換熱器、壓縮空氣儲(chǔ)能部分、渦輪發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)6部分組成。

海浪能部分通過(guò)海水的浮力及波浪傳播原理，采用海面點(diǎn)浮式捕獲海浪能量方式，在岸線近海(海深可選擇4m—7m)設(shè)置框架群與海底固定，每個(gè)框架內(nèi)設(shè)置浮筒，浮筒被限制在框架內(nèi)并可沿框架隨海浪做上下垂直運(yùn)動(dòng);氣缸、集氣管固定在框架伸出海面以上的部分，氣缸布置在框架中心，浮筒通過(guò)連桿與氣缸相連接(連桿與氣缸內(nèi)活塞相連);氣缸上部設(shè)置出氣單向閥與集氣管相通，設(shè)置進(jìn)氣單向閥與外界大氣相通;隨著海浪的上下起伏，推動(dòng)浮筒上下垂直運(yùn)動(dòng)，海浪從波谷向波峰上升階段，浮筒受到海水浮力上升，氣缸內(nèi)空氣被壓縮壓力增大，當(dāng)壓力值大于集氣管中壓力時(shí)，氣缸出氣單向閥打開(kāi)向集氣管輸入壓縮空氣;海浪從波峰向波谷下降階段，由于浮筒具有一定質(zhì)量，帶動(dòng)連桿、活塞下行，氣缸內(nèi)空氣壓力值下降，氣缸出氣單向閥關(guān)閉，進(jìn)氣單向閥打開(kāi)，外界大氣進(jìn)入氣缸，為下次壓縮做好準(zhǔn)備;循環(huán)往復(fù)，外部大氣被不斷壓縮進(jìn)入集氣管。

風(fēng)能部分，風(fēng)機(jī)分為水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)兩類，根據(jù)電站的特點(diǎn)，宜采用垂直軸風(fēng)力機(jī)，通過(guò)自然風(fēng)力吹動(dòng)風(fēng)力機(jī)扇葉旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)風(fēng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)一對(duì)傘齒輪將垂直扭矩傳遞給與之相連的水平布置的空壓機(jī)軸，空壓機(jī)將外界大氣壓縮，壓縮空氣進(jìn)入集氣管。空壓機(jī)有很多形式，主要包括活塞往復(fù)式、葉片式、雙螺桿等形式，雙螺桿式空壓機(jī)由于其輸出壓力平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可作為電站的選擇。

太陽(yáng)能部分，通過(guò)槽式太陽(yáng)能集熱管系統(tǒng)，將太陽(yáng)能集熱管中的傳熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油)加熱，被加熱的傳熱介質(zhì)通過(guò)換熱器將集氣管輸入的渦輪機(jī)前壓縮空氣加熱，使壓縮空氣進(jìn)一步膨脹后噴入渦輪機(jī)。

壓縮空氣儲(chǔ)能，系統(tǒng)中設(shè)置壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，主要為在風(fēng)力較小、海浪較低情況下，由風(fēng)能、海浪能提供的壓縮空氣流量不足時(shí)，起到向系統(tǒng)中補(bǔ)充壓縮空氣的作用，以保證在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)入渦輪機(jī)的壓縮空氣達(dá)到設(shè)定流量和壓強(qiáng)，保證電力輸出的穩(wěn)定、持續(xù)。為下個(gè)時(shí)段風(fēng)力、海浪加大趨于正常值贏得時(shí)間，并再次將儲(chǔ)能器充滿。另外電站中的集氣管，由于其管路較長(zhǎng)、容積較大對(duì)壓縮空氣同樣起到蓄能、穩(wěn)流的作用。為增大儲(chǔ)氣罐壓縮空氣儲(chǔ)量，可采用在進(jìn)入儲(chǔ)氣罐前管道加裝多級(jí)壓縮機(jī)，利用自身發(fā)出的電力對(duì)壓縮空氣進(jìn)行多級(jí)壓縮，以獲得較高壓力值并存儲(chǔ)。同時(shí)電站設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以抵御臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣的影響。

海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能電站有何優(yōu)勢(shì)首先其原理、結(jié)構(gòu)及設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)任何復(fù)雜精密設(shè)備，降低工程造價(jià)，電力成本低。其次，能量采集范圍面廣量大，使能量更加趨于穩(wěn)定，便于電力的大規(guī)模生產(chǎn)，解決了單一風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電輸出電力波動(dòng)、斷續(xù)及輸出功率不能隨負(fù)載變化得到控制等問(wèn)題。第三，海岸線漫長(zhǎng)，適合電站建設(shè)地點(diǎn)眾多，并可作為離岸島嶼的分布式能源系統(tǒng)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)產(chǎn)。第四，整個(gè)過(guò)程無(wú)任何污染，做到了清潔綠色環(huán)境友好。

潛力無(wú)限

我國(guó)是海洋大國(guó)，岸線長(zhǎng)達(dá)18000多公里，特別是由于臺(tái)灣海峽形成狹管效應(yīng)，使東南沿海成為我國(guó)風(fēng)能資源Z佳的地區(qū)，風(fēng)能又形成了較大的海浪，為電站建設(shè)提供了優(yōu)良的自然條件。同時(shí)，沿岸地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，電力消耗量巨大，電網(wǎng)系統(tǒng)完善，多能互補(bǔ)電站的建設(shè)，可作為沿岸城市供電的補(bǔ)充，取代部分煤電，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重大現(xiàn)實(shí)意義，具有廣闊的商業(yè)前景及社會(huì)效益。

電站具有向世界推廣的巨大潛力，在地球表面，海洋面積占整個(gè)地球表面積的71%，陸地面積占總面積的29%，浩瀚的海洋、無(wú)盡的岸線為電站在世界范圍推廣奠定了基礎(chǔ)。國(guó)外對(duì)可再生能源發(fā)電領(lǐng)域進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，但在海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能三能聯(lián)合發(fā)電方面鮮見(jiàn)其有理論或?qū)嶒?yàn)方面的報(bào)道，如果電站取得成功，將成為我國(guó)繼深潛、高鐵、可燃冰開(kāi)采后走向世界的重大項(xiàng)目，贏得全球效益。

海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能電站，是一種純粹意義上的多能互補(bǔ)集成優(yōu)化利用可再生能源生產(chǎn)電力的解決方案，詮釋了多能互補(bǔ)集成優(yōu)化+儲(chǔ)能的理念，對(duì)于我國(guó)及世界由化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)型，將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。