中科院工程热物理所陈海生：压缩空气储能技术进展

“储能国际峰会暨展览会2018（ESIE 2018）”，于2018年4月2-4日在北京国家会议中心举行。ESIE 2018是在国家能源局科技装备司指导下，在中关村管委会、中国能源研究会支持下，由中关村储能产业技术联盟（CNESA）打造的储能产业专业品牌会展被誉为全球范围内市场定位最精准、最具影响力的储能专业品牌展览会，亦是储能业内含金量最高、指导性最强的高规格会议。能见App全程直播本次大会。

中国科学院工程热物理研究所副所长陈海生出席大会并发布了题为“压缩空气储能技术进展”的主旨报告。

以下为发言内容：

陈海生：我主要汇报以下压缩空气储能方面的研究进展，主要汇报四个方面的内容，首先是背景。我们知道刚才同样一个片子已经给大家汇报储能具有战略需求，已经影响到我们生活的方方面面，储能无处不在，压缩空气储能在所有的储能技术当中是一个储能主要的发展方向，传统压缩空气储能在用电低谷的时候压缩空气，空气通过压缩器压缩，在用电高峰的时候高压空气释放，同燃料燃烧后法典，规模大，单位成本低，寿命长，储能周期不受限制，传统的压缩空气储能存在三个缺点，一个依赖于大型的储机洞穴，特别不适合中国这种缺油少气的国家。第二个由于系统没有优化，系统效率比较低，特别高效率的和平电池性能比较低，我们总体的发展方向，所谓的先进的压缩空气储能，就是要解决这三个问题，一个在采用高效的压缩、膨胀、储冷储热等等。利用高压存储替代储机洞穴。

但是，在过程当中，我们也发现了压缩空气储能有很多的科学问题，解决这个问题，首先它的过程比较复杂，第二个它的压缩机膨胀机内部流动非常复杂，要研究它的内部流动和损失机理。第三个储冷储热和换热比较复杂，研究他的流动、传热和储热的特性和机理。我们在过去将近15年，16年的时间一直致力于这方面的研究。首先系统，我们可以看到，它的系统非常复杂，传统的压缩空气储能系统并不形成封闭的系统的热力循环，因此和传统的系统不一样。第二，它是一个多个压缩膨胀，储冷储热，整个系统非线性耦合。第三个非稳态的运行，因此迫切需要解决它的问题。主要我们总体的思路，首先是建立针对压缩空气储能的热力学的分析方法，在此基础上研究他的能量传递和耦合机理，再研究它的动态的特性按，还有额定状态和非额定状态电工况运行策略。

首先我们研发了一种方法，主要针对储热，储冷，建立新方法，通过它详细的研究了压缩空气储能系统的过程，并得到损失的机理，它的压缩黑线的过程当中如果越接近，说明系统效率越高。在此基础上我们得到了它的系统损失效率的关系式，并做出了涌流图，以此为基础进行了优化，这是我们优化前后红线和黑线的距离大幅度的接近，使系统效率可以提高9.2个百分点，我们开展了动态压缩空气储能，他运行工况主要考虑他的容腔效应，我们研究了压缩、存储，能量输出、输入，整个过程的损失机理，并以此为基础进一步优化压缩空气储能的系统。第二个压缩空气储能，压缩机和膨胀机内部压力非常高，比传统的高压，牵扯到多级变工况，和流动和耦合，这是压缩空气储能的工作范围，可以看到它的工作范围不同，带来了高压，多级等等方面的挑战。我们总体思路先研究单级的压缩空气储能系统内部的流动，第二个研究单级压缩空气储能系统，最后多级，循序渐进，一步一步的开展研究，首先研究压缩机膨胀机，从低复合到中等复合一直到高复合整个内部的流动，漩涡结构，损失机理，或者通道漩涡，间隙涡，或者流动的机理，在此基础上得到他损失的机理，在此基础上研究单级动页和静页之间的相互作用，或者他的损失的特性，并研究不同的额定工况和大流量小流量的情况下内部流动和损失机理，为我们进一步优化他的变工况性提供了基础。有研究了多级的压缩机，膨胀机以及换热器，利用多孔介质研究他的换热器，研究流动和换热之间相互的影响和多级匹配，为我们下一步提高效率和改进能够提供基础。

在机理研究的基础上，将机理研究基础融入整个设计当中，获得他的设计和结果。第三个科学问题，流动和传热和储热的特性，压缩空气储能牵扯到一个压力很高，高压，低温，甚至超临界的状态，流动特性变化非常大，系统研究难度很大。另外流动和传热相互耦合。还有长期工作在非稳定的状态对我们的研究提出很高的要求，我们的总体思路研究蓄热和传导介质本身的特性，超临界特性，高压特性，低压特性，第二研究传热介质和徐蓄热介质内在机理，在此基础上研究宏观的动态特性。

首先我们研究了自由流动情况下，从空气流过它的蓄热介质，获得它的不同流向，不同压力的情况下，我们发现高压的情况下原来的强制对流有可能变成混合对流，但是压力对它的影响非常大。

我们又研究了相互的作用，测量了表面和内部的流动还有温度的特性，得出了换热系数的特征关系式，并用于指导我们的设计，研究了系统。为我们下一步进一步的优化提供了基础和指导。

在此基础上，我们在基础研究的基础上，基础研究的成果纳入整个设计体系，设计软件、实验、测量以及部件的性能实实验的基础上，体系里面，建成了压缩空气储能的关键技术的研发平台和设计体系。我们在此基础上进行了系统的集成和示范，主要是在2013年我们完成了1.5兆瓦压缩空气储能系统的示范，系统效率达到51%，这个已经完成了4000多个小时，各种各样的实验，这是我们的情况，这是在廊坊的情况。还有我们在2016年完成了首个10兆瓦的示范，这个是在贵州，我们的压缩机，这是膨胀机的情况，这是系统的厂房，系统效率达到60%左右，已经完成了一千个小时，这个也得到了中科院以及企业的支持，目前正在开展这方面的工作。

主要是把压缩空气储能，把系统的规模进一步做大，成本降低30%，效率提高10%。压缩空气储能目前的情况，效率可以做到50%，一兆瓦的情况可以做到50到55，10兆瓦可以做到60左右，百赵兆瓦我们希望能够做到65%到70%。最后感谢科技部，牛顿基金等等对我们项目的支持。谢谢大家！

（根据发言整理，未经本人审阅）

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