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压缩空气储能 (CAES) 解决方案
压缩空气能量存储自 20 世纪 70 年代在德国亨托夫建造第一座工厂以来就已为人所知。第二座工厂于 20 世纪 90 年代初在美国阿拉巴马州麦金托什建成。最近，中国才开始建设一座新建工厂。在西半球，我们注意到人们对这一解决方案的兴趣日益浓厚，首批项目可能最早在 2026/27 年投入运营。压缩空气能量存储解决方案有两种不同的变体。第一种是已知的（绝热）版本，可以在亨托夫或麦金托什看到。来自环境的空气通过多个压缩机压缩并储存在地下盐穴中。在有利的情况下，空气通过由 HP 空气膨胀机和改进的 LP 燃气轮机膨胀机组成的膨胀机释放。LP 燃气轮机膨胀机需要在膨胀前加热空气，以避免损坏膨胀机组。由于上述版本使用天然气，会产生 CO2 和 NOx 等排放，因此很容易开发出第二种（绝热）版本：在燃烧过程中产生的热量
CAES 技术的比较与替代方案
CAES 技术的比较和替代方案 在讨论绝热 CAES（例如 Storelectric 提出的技术）时，了解不同类型的 CAES 非常重要 — 本质上是传统、等温和绝热，以及这些类型的变体。它们的性质非常不同，尤其是绝热 CAES 经常与等温 CAES 混淆，例如 Lightsail、SustainX 和 General Compression 提出的 CAES。事实上，两者根本不同。请注意，所有效率均引用电网到电网和寿命，而电池通常引用端到端 [忽略辅助负载] 和第 1 天 [忽略退化]。还要注意，电池往往会引用不包括土地、电网连接、开发成本等的安装成本，而这些都包含在 Storelectric 的所有估算中。 CAES 压缩空气能储能 (CAES) 使用多余或廉价的能源（例如来自电网或可再生能源发电）将空气压缩至高压 — 通常为 70bar。当再次需要能量时，空气被释放来为涡轮机提供动力（或辅助动力），从而再生电能。由于压缩空气的能量密度不高，需要大量的空气，因此采用地质储存；现有的CAES 采用盐穴，这是目前用于大量储存天然气和其他碳氢化合物、危险废物等的众所周知的技术。尽管欧洲近 1/3 的天然气储量都存储在盐穴中，但从未发生过盐穴坍塌的情况。盐穴是人工建造的，位于盐盆内，世界各地都有。传统CAES 将空气压缩到 70bar 时，温度会升高到 ~650 o C。但空气不能储存在高于 ~42 o C 的盐穴中，否则盐穴会恶化。因此，传统的CAES 会将压缩热浪费在冷却塔中。然而，在大约环境温度下从 70bar 膨胀会使空气冷却至约 -150 o C。这不仅会冻结环境，还会冻结设备，从而破坏设备，因此需要重新加热。传统的 CAES 通过燃烧气体来吸收膨胀热量。Huntorf 和 McIntosh 使用的方法是将压缩空气送入燃气轮机，从而使涡轮机更省油。但它仍然燃烧同等规模发电站 50-60% 的天然气（对于 McIntosh；Huntorf 为 60-70%），其往返效率（所有能量输出：输入）最多为 50%（Huntorf 为 42%），尽管更现代的设备希望达到约 54%。由于膨胀是通过经过特殊改造的涡轮机进行的，因此传统的 CAES 仅适用于固定尺寸。Storelectric 的 CCGT CAES 是传统的（“CCGT” 因为它基于联合循环发电站的设计），但具有以下优点：
绝热与等温CAES
绝热与等温CAES 在讨论绝热CAES（例如 Storelectric 所提出的CAES）时，人们经常将其与等温CAES（例如 Lightsail、SustainX 和 General Compression 所提出的CAES）混淆。事实上，这两者有着根本的不同。CAES 压缩空气储能 (CAES) 使用多余或廉价的能源（例如来自电网或可再生能源发电）将空气压缩至高压 – 通常为 70bar。当再次需要能源时，空气被释放来为涡轮机提供动力（或辅助动力），从而再生电能。由于压缩空气的能量密度不高，需要大量的压缩空气，因此使用地质储存；现有的CAES 使用盐穴，这是目前用于大量储存天然气和其他碳氢化合物、危险废物等的众所周知的技术。尽管欧洲近 1/3 的天然气储量都存储在盐穴中，但从未发生过此类盐穴坍塌的情况。盐穴是人工建造的，盐盆地遍布世界各地。传统压缩空气储能系统将空气压缩到 70bar 时，温度会升高到 ~650 o C。但空气不能储存在高于 ~42 o C 的盐穴中，否则盐穴会恶化。因此，传统压缩空气储能系统会将压缩热浪费在冷却塔中。然而，在大致环境温度下从 70bar 膨胀会将空气冷却到 ~-150 o C。这不仅会冻结环境，还会冻结设备，从而毁坏设备，因此需要将热量重新放回去。传统压缩空气储能系统通过燃烧气体来释放膨胀热。Huntorf 和 McIntosh 使用的方法是将压缩空气送入燃气轮机，从而使燃气轮机更节省燃料。但它燃烧的天然气仍是同等规模发电站的 50-60%（McIntosh 为 60-70%），其往返效率（所有能量输出：输入）最多为 50%（Huntorf 为 42%），尽管更现代的设备渴望达到 ~54%。因为膨胀是通过经过特殊改装的涡轮机进行的，所以传统的 CAES 只有固定尺寸的。等温 CAES 等温 CAES（Lightsail、SustainX、General Compression）意识到压缩空气的最有效方式是在恒定的低温下。因此，他们发明了新型压缩机，可在 ~40 o C 时提取热量。然而，这只考虑了半个周期：提取的热量无法在系统内使用，因此被浪费了。这留下了与传统 CAES 相同的膨胀问题，他们声称通过从环境中吸收热量来解决这个问题：温度足够低，（例如）热泵或工业废热可以提供它。但所需的热量之多，将使任何此类清除工作都难以完成，除非是在非常特殊的地点，例如使用冶炼厂的废热。而且，新型膨胀机还不够完善；而新型压缩机也无法最大限度地提高效率、成本效益或可靠性。绝热 CAES 绝热 CAES 在整个压缩和膨胀循环中平衡热量，储存压缩热量以便在膨胀期间重复使用。RWE 已停用的 Adele 提案 https://www.youtube.com/watch?v=K4yJx5yTzO4（2'39” 视频）中展示了其原理，该提案建议将压缩热量储存在布满毛细管的陶瓷存储器中，以通过陶瓷扩散热量。砖块是陶瓷的。这实际上是两个夜间储热加热器，每个加热器都有一座塔楼那么大，它会膨胀和收缩，摩擦成灰尘（从而堵塞任何可以进入的通道）并压碎毛细管，导致非常高的维护成本和频繁的长时间停电以重建存储器。建造和隔热这样的容器成本高昂。 Storelectric www.storelectric.com 开发了其专有的绝热技术，该技术效率高（40MW 时效率约为 62%，500MW 时效率可提高至约 67%），可利用现有技术建造，经济高效，并已获得 Costain、Fortum、西门子和 Mott MacDonald 等众多跨国工程公司的认可。由于它使用“现成的”压缩机和膨胀机，因此非常可靠，几乎可以建造任何配备此类压缩机和膨胀机的规模。
文章盐洞穴储存能力的潜力
摘要：网格中可再生能源的大规模发电的增加，需要通过廉价，可靠且可访问的大量储能技术来支撑，并在迅速和长时间内迅速提供大量电力。挤压空气储能（CAES）代表了这种存储选择，三个商业设施使用盐洞在德国，美国和加拿大进行存储运营，而CAES现在在许多国家都被积极考虑。在英国存在大量床位的Halite沉积物，并且已经托管或已考虑用于解决方案挖掘的地下气体存储（UGS）洞穴。，我们使用了在EPSRC资助的图像项目中开发的工具，已经使用了具有caes目的的UGS潜力的人，这些方程是使用Huntorf Caes工厂的操作数据验证的。根据2018年英国电力需求约为300 TWH的总理论“静态”（一次性填充）的存储能力，结果表明，最少有几十个TWH储存在盐洞中的TWH储存量，当盐洞穴中的盐库中的电力源与可再生能源的储存量相互促进，并提供了可再生电气的销量，可提供较大的电力，以供电，以提供可再生的电力，以供应量大的电力孔，以供应越来越大量的电力孔，以供应量大的电力孔，以供应越来越多的电力，以提供较大的电力范围，以提供较大的电力范围，以便提供较大的电力。努力。
太平洋西北地区压缩空气储能技术经济性能评估
在首个此类项目中，邦纳维尔电力管理局与太平洋西北国家实验室以及一整套工业和公用事业合作伙伴合作，评估在华盛顿州和俄勒冈州内陆独特地质环境中开发压缩空气储能 (CAES) 的技术和经济可行性。CAES 的基本思想是在非高峰电力可用或电网需要额外负载来平衡时，捕获压缩空气并将其存储在地下合适的地质结构中。存储的高压空气被返回地面并在需要额外发电时（例如在高峰需求期间）用于发电。迄今为止，世界上有两座 CAES 电厂在运行；一座是 1991 年投入使用的阿拉巴马州麦金托什 110 兆瓦电厂，另一座是 1978 年建成的德国亨托夫 290 兆瓦电厂。两座电厂都将空气存储在地下通过溶液采矿产生的盐穴中。由于地下盐层在地理上分布相对较少，尤其是在太平洋西北部，项目团队将传统盐穴 CAES 储存的分析扩展到更为普遍的地下多孔透水岩石结构。这样做导致了 CAES 概念及其基本价值主张的一系列重大进步，超越了传统的高峰到非高峰负荷转移。有关项目的假设、分析方法和发现的详细信息，请参阅执行摘要和本报告正文。但是，本研究的主要总体结论是：
Storelectric 有限公司
经济实惠、可靠且具有弹性 安全、清洁、经济高效的真正电网规模（GW、GWh）电力存储和氢能技术。为什么需要储能？ 风能和太阳能等自然资源难以预测，只能在自然条件允许时发电，而不是在我们想要时，而且电网稳定性较差。 ♦ 我们提供大规模储能项目，实现稳定且经济实惠的可再生能源供应。 ♦ 我们是地质存储平台的开发商，拥有自己的流程、技术和位置。 ♦ 储能需求不断上升，要求规模大、持续时间长、效率高、稳定性、可操作性等，并且具有出色的成本效益。 电网成本 一旦可再生能源占电网电力的约 16% 以上，电网管理的挑战就会开始呈指数级增长。根据英国的经验，这些成本分为三类： ♦ ¼ 平衡成本，确保在任何给定时间都有足够的能源； ♦ ¼ 电网稳定性和可操作性成本，确保电网平稳运行； ♦ 电网加固成本减少一半，建设更多电网以适应间歇性，并连接更多工厂以实现平衡、稳定性、可操作性和相关服务。Storelectric 的工厂位置合适，解决了所有这些问题。例如，如果可再生能源直接连接到电网，分析师预测它们的规模将不得不增加三倍以上 - 并且每增加 GW 可再生能源（在英国）将产生约 12.5 亿英镑的电网加固成本，每年还要花费其中的 10% 来维护、运营和融资。另一方面，如果可再生能源通过大规模长时自然惯性存储（其中我们的 CAES 比其他所有能源都好得多）连接，电网加固可以减少约 ¾。电池无法做到这一点：它们的工厂寿命短、平均寿命电网到电网效率太低、缺乏实际惯性、制造资源稀缺、尺寸小、容量有限，因此它们仅适用于小规模的工作。它们可以设置为提供平衡、稳定性、可操作性、弹性和减少电网拥塞服务中的任何一种（它们无法为其他/高压电网部分提供黑启动，而且它们的稳定性服务基于低劣得多的“合成惯性”）——Storelectric 的解决方案可以提供所有这些服务（包括黑启动），因此我们的一个工厂可以同时提供一系列需要 4-6 个相同尺寸电池的服务。Storelectric 电力存储解决方案压缩空气储能 (CAES) 剩余的低价电力用于加压空气，将空气储存在地下容量非常大的盐穴中，就像目前世界各地储存的天然气一样。在需要时，释放这些空气以再生电能。它支持所有发电技术。与可再生能源相结合，它大大减少了电网连接和加固，并提高了储能和发电的盈利能力。它安全、地下深处，而且盐洞天然密封并可自封。该应用已在德国 Huntorf（自 1978 年起）和美国阿拉巴马州 McIntosh（1991 年）得到证实，它们既成功又安全，但效率只有 42-54%。Storelectric 的工厂将实现接近 70% 的效率和高达 100% 的可再生，并提供全天候的电网稳定性。它们可以满足全球的能源存储需求：世界各地都有合适的地质条件。Storelectric CAES 为何与众不同？Storelectric 的 CAES 可以独特地使现有和可再生能源发电更有利可图，大幅减少排放，并为国家和地区提供完整且负担得起的能源安全。该公司正在开发两种 CAES 技术：基于热能存储 (TES) 的绿色 CAES TM 和双燃料氢 CAES TM。 CCGT Hybrid TM 版本比氢 CAES 更高效、排放更低、功率更大。它们都可以提供实际惯性、无功功率/负载、电压/频率控制（全天候）和黑启动。这使得可靠且有弹性的能源转换和净零电网更加经济实惠且破坏性更小。