壓縮空氣儲能的案例
超大號電池——壓縮空氣儲能技術的“前世今生”
和一般熱力系統一樣，評價壓縮空氣儲能系統的重要指標之一為系統效率，是輸出能量和輸入能量的比值，其代表能量利用的熱力學完善程度，目前先進壓縮空氣儲能系統的理論計算效率可突破70%。另一個重要指標為能量密度，其為系統儲存的能量和儲存體積的比值，用于判斷系統是否能用較少的占地面積/體積產生較大的能量。除此之外，污染物和碳排放也是壓縮空氣儲能系統評價指標，基于此，目前發展了幾種零碳輸入的先進壓縮空氣儲能系統。
壓縮空氣儲能技術應用及發展現狀
壓縮空氣儲能技術是從上世紀50 年代發展起來的，目前世界上有兩個商業運行的壓縮空氣儲能電站，分別是德國的Huntorf電站、美國Mcintosh電站，它們均為帶有燃燒室和洞穴儲氣室的傳統壓縮空氣儲能系統。用電低谷時，多余的電帶動電動機和壓縮機將空氣壓入地下儲存室，用電高峰時，壓縮空氣進入燃燒室與燃料混合燃燒產生高溫高壓燃氣帶動膨脹機和發電機發電。
圖7 德國Huntorf電站
可以看出，傳統壓縮空氣儲能系統依賴于化石燃料和大型儲氣室，且系統效率較低（較高的美國Mcintosh電站能量效率約54%），其發展和應用受到限制。基于此，國內外學者在傳統壓縮空氣儲能的基礎上，通過采用優化熱力循環、改變工質或其狀態、與其他技術(包括儲能技術)互補等方法，開拓出了多種新型的壓縮空氣儲能技術，使其得到迅速發展，并得到產業界的廣泛關注。目前主要的壓縮空氣儲能技術包括：
蓄熱式壓縮空氣儲能系統（TS-CAES）
空氣壓縮過程會產生壓縮熱，在傳統壓縮空氣儲能中，這部分熱量通常被冷卻水帶走，最終耗散掉，而TS-CAES則將這部分熱量在儲能時儲存起來，而在釋能時用這部分熱量加熱膨脹機入口空氣，實現能量的回收利用，提高了系統效率。同時由于膨脹機前有壓縮熱的加熱，可以取消燃燒室，即該系統也擺脫了對化石燃料的依賴。
展開 電力“國家隊”看好哪些長時儲能技術？
此前，國家電投集團科學技術研究院有限公司儲能技術研究所所長王含在電力行業儲能技術與應用研討2021年會中介紹，為推動技術產業化，國家電投鐵-鉻液流電池儲能產業園已于2020年簽約落地山東濰坊高新區，遠期建設目標是3GW。
同時，還在內蒙古霍林河啟動全球首個兆瓦級鐵-鉻液流電池儲能示范項目建設，預計2022年年底投產。
壓縮空氣儲能：對標抽蓄
壓縮空氣儲能技術在用電低谷時段利用電能，將空氣壓縮至高壓狀態并存于洞穴或壓力容器中，使電能轉化為空氣的內能存儲起來，在用電高峰時段將高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃燒室燃燒利用燃料燃燒加熱升溫后，驅動渦輪機發電。
壓縮空氣屬于大規模機械儲能技術，單機規模可到100MW級，儲能時間可達4-10小時，壽命在30-50年。
壓縮空氣儲能與抽水蓄能一樣，易受地理條件約束，建造壓縮空氣系統，需要特殊的地理條件來作為大型儲氣室，如高氣密性的巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等。此外，示范項目系統效率最高約61%，相比抽水蓄能的80%，效率較低。
近一年來，電力央企在壓縮空氣儲能領域進展頗多。
2021年9月30日，中國華能集團有限公司建設、調試和運維的世界首個非補燃壓縮空氣儲能電站——江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目并網試驗成功。該項目于2017年獲國家能源局立項，由中鹽集團、中國華能和清華大學共同開發，一期工程發電裝機60兆瓦，儲能容量300兆瓦時，遠期建設規模1000兆瓦。
2022年4月，山東公布2022年度儲能示范項目，其中包括兩個壓縮空氣儲能項目，分別是由華能作為投資方之一投資的肥城壓縮空氣儲能300MW/1800MWh調峰電站，以及國家能源集團投資的國華蘭陵壓縮空氣儲能電站示范項目。
對外宣布項目最多的是中國能建集團剛剛組建的數字科技集團。
展開 哪種技術路線能支撐起長時儲能的大旗
2.2、壓縮空氣儲能：效率提升下，極具前景的大規模儲能技術
2.2.1、原理：依靠高壓氣體作為介質儲能
壓縮空氣儲能系統是一種能夠實現大容量、長時間電能儲蓄的電力儲能系統。通 過壓縮空氣存儲多余的電能，在需要時，將高壓氣體釋放到膨脹機做功發電。傳 統壓縮空氣儲能技術原理脫胎于燃氣輪機，其工作流程為：壓縮、儲存、加熱、 膨脹、冷卻。當前壓縮空氣技術以中溫蓄熱式壓縮空氣儲能為主。中溫技術將壓縮空氣加熱到 200-300℃，溫度越高，轉換效率就越高，最新壓縮空氣儲能的電轉換效率可以 達到 60-70%。但高溫對壓縮機等設備材料的要求更高，當前產業化方向以中溫 為主。
2.2.2、優劣勢：已擺脫地理約束，但當前效率相對較低
優勢 1：隨著技術的進步，可以通過儲氣罐的形式存儲壓縮氣體，從而擺脫了地 理約束，可以大規模上量。傳統的壓縮空氣儲能需要借助特定的地理條件建造大 型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，從而大大限制了壓縮空氣儲能系統 的應用范圍。當前隨著技術的進步，可以通過建設大型儲氣罐來進行存儲。優勢 2：單位成本相對較低。設備成本占系統成本的大部分，存在著隨著大規模 應用快速降本的可能。劣勢：整個系統的效率相對來說仍在較低的水平。當前涉及運行的項目效率在 50%-70%之間，較成熟的抽水蓄能的 76%左右還有一定的差距，這一定程度上 影響了整個項目的經濟性。
2.2.3、產業鏈：壓縮機、膨脹機為核心部件
壓縮機是壓縮空氣儲能系統中最核心的部件之一，其性能對整個系統起決定性影 響。大型壓縮空氣儲能電站的壓縮機多為軸流與離心壓縮機結合機組的結構，壓 縮機壓比需達到 40-80，甚至更高。根據美國電力研究協會報告，按 2002 年美 元計價下，Huntorf 電站裝配的壓縮機成本大約在 170 美元/KW。膨脹機同樣是壓縮空氣儲能系統中的核心部件。
展開 六大儲能技術路線分析
儲能領域對能量密度要求不高，成本低、壽命長的磷酸鐵鋰電池更受青睞。
電池作為整個儲能系統中核心組成部分，成本占到整個儲能系統成本的50%，是儲能系統后續降本的重要渠道。2021年我國磷酸鐵鋰電池儲能中標價格大多集中在1.2-1.7元/Wh。而根據彭博新能源財經（BNEF）測算，2022年全球電化學儲能EPC成本約為261美元/kWh（折合人民幣約1.66元/Wh），預計2025年將降至203美元/kWh（折合人民幣約1.29元/Wh）。2021年以來大量EPC中標價格1.3-1.7元/kWh之間。
2021 年部分磷酸鐵鋰電池儲能電站 EPC 招標情況
03 壓縮空氣儲能
國內壓縮空氣儲能技術不斷進步，壓縮空氣儲能（CAES）、先進絕熱壓縮空氣儲能（AA-CAES）、超臨界壓縮空氣儲能系統（SC-CAES）、液態壓縮空氣（LAES）等都有研究覆蓋，500kW容量等級、1.5MW容量等級及10MW容量等級的壓縮空氣儲能示范工程均已建成。
國際上1978年建成德國漢特福海與1991年建成的美國阿拉巴馬商業化壓縮空氣儲能電站為商業化電站。國內陸續進行了壓縮空氣、超臨界壓縮空氣、液態壓縮空氣儲能項目的研發與建設。
其中張家口國際首套100MW先進壓縮空氣儲能示范項目于2021年底順利并網，整體研發進程及系統性能均處于國際領先水平。
海內外部分壓縮空氣項目情況
2022 年立項的大型空氣壓縮儲能項目
壓縮空氣儲能成本分析
系統效率的提升以及成本的下降，是壓縮空氣儲能商業化發展的基礎。
展開 
氫能與儲能耦合發展的機遇與挑戰
2023
氫能和儲能的共性關鍵技術
抽水蓄能、壓縮空氣儲能（包括液化空氣儲能）以及氫儲能是具備大規模儲能能力的儲能技術。抽水蓄能電站受到地理條件的限制較為苛刻，并且我國可再生能源資源集中的地區往往其水資源也比較有限，無法滿足抽水蓄能電站的建設需求，因此，我國抽水蓄能的發展潛力將不斷減小。壓縮空氣儲能與氫儲能的儲能容量大、壽命長，隨著其技術的進步和完善，具有強大的發展潛力[15-16]。現階段，壓縮空氣儲能的技術較為成熟，我國壓縮空氣儲能的示范項目也正在不斷布局。氫儲能，尤其氫液化工藝與壓縮空氣儲能（包括液化空氣儲能）工藝具有較好的耦合性，耦合工藝可以進行能量的梯次利用以提高聯合工藝的整體能效，如圖 5 所示。此外，這兩類儲能技術具有相同的關鍵設備，如壓縮機、膨脹機、換熱器等，如表 3 所示。因此可以進行協同研發攻關，形成互相促進的產業格局
壓縮空氣儲能與氫儲能（地下儲氫）的建設條件也具有高度相似之處。壓縮空氣儲能是利用電能將空氣壓縮至高壓并存儲在地下洞穴（高氣密性的巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等）或壓力容器中[17]。國外也已開展利用地下洞穴進行氫氣儲存的研究，壓縮空氣儲能技術相對成熟，其在地質勘探、洞穴密封性、環境保護等方面可作為發展地下儲氫的重要借鑒[18-19]。
展開 渦旋壓縮機切向泄漏瞬態流場特性
湖北文理學院汽車與交通工程學院
引用： 李正,劉禎,吳華偉等.渦旋壓縮機切向泄漏瞬態流場特性[J].儲能科學與技術,2021,10(05):1579-1588.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0176
摘 要 以某微型壓縮空氣儲能渦旋壓縮機為研究對象，采用計算流體力學(CFD)的方法對渦旋壓縮機工作過程進行數值模擬，得到了渦旋壓縮機內部壓力場、溫度場、速度矢量場的瞬態分布，研究了徑向間隙引起的切向泄漏對渦旋壓縮機工作腔流場分布特點，結果表明：高壓腔中的氣體通過徑向間隙泄漏流入低壓腔，會造成腔內速度矢量場、溫度場分布不均勻，而泄漏對壓力場分布不均勻程度影響較小，但對溫度場、速度矢量場分布不均勻程度影響較大；單一腔內下游氣體被壓縮導致腔內壓力分布不均勻，壓差的存在影響速度矢量場分布的變化，排氣孔偏置導致對稱腔壓力不對稱。該研究可以為渦旋壓縮機結構設計提供理論依據。
關鍵詞 渦旋壓縮機；徑向泄漏；瞬態分析；數值模擬
渦旋壓縮機是一種容積式壓縮機，具有效率高、振動小、噪聲低、結構簡單、可靠性好等特點，可作為微型壓縮空氣儲能的關鍵部件，在節能環保方面有較好的發展前景。動、靜渦旋盤在工作過程中，嚙合形成的月牙腔內壓縮流體為三維非定常可壓縮流動，通過常規的測試手段難以獲得其運動參數。
展開 陳海生團隊：跨聲速軸流壓縮機動靜葉彎參數耦合關系
作者：張丹1,2(), 左志濤1,2,3,4, 周鑫1, 郭文賓1,2, 陳海生1,2(), 王星3()
單位：1.中國科學院工程熱物理研究所；2.中國科學院大學；3.畢節高新技術產業開發區國家能源大規模物理儲能技術研發中心；4.中科南京未來;能源系統研究院。
引用：張丹,左志濤,周鑫等.跨聲速軸流壓縮機動靜葉彎參數耦合關系[J].儲能科學與技術,2021,10(05):1544-1555.
DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0341
摘 要
發展壓縮空氣儲能技術是解決可再生能源大規模接入電網的有效途徑，也是實現“碳達峰，碳中和”目標的重要技術手段之一。軸流壓縮機是壓縮空氣儲能(CAES)系統的重要部件之一，需要有寬工況、大流量、高壓比等特點。采用數值模擬方法，以NASA Stage35為原型，通過正交試驗法研究不同動靜葉彎高、彎角之間的耦合關系，并對其進行優化。選取L49(74)正交表，以失速裕度、峰值效率、壓比為優化目標，選取動靜葉的彎高、彎角4個試驗參數，進行4因素7水平的正交設計。優化設計后失速裕度提升了60.56%，效率和壓比降低幅度在可接受范圍內。通過極差分析發現彎葉片可以普遍提高失速裕度，但是峰值效率和壓比普遍降低，動葉彎角對壓縮機的氣動性能影響最大。葉根附近，采用彎葉片使吸力面角區分離更加嚴重；在葉展中部，采用彎葉片可以弱化激波強度，減少低能流體的堆積，削弱附面層與激波的相互作用；在葉尖處，采用彎葉片可以延遲葉尖泄漏流與主流的交界面到達葉尖前緣，擴大失速裕度。
展開 高速葉輪機械離心力失效分析UMAT技術
尤其在能源領域，火力發電所使用的汽輪機，壓縮空氣儲能系統的膨脹機都是的大尺寸的高速葉輪機組，負責幾百兆瓦的能量輸出。
東京工業大學開發碳-空氣電池 推動下一代儲能系統發展
新系統名為碳/空氣二次電池（CASB），由固體氧化物燃料和電解電芯（SOFC/ECs）構成，利用電解二氧化碳（CO2）產生的碳，與空氣氧化產生能量。通過向SOFC/ECs供應壓縮液化CO2，以構建能量儲存系統。
研究人員表示，CASB類似于電池，利用可再生能源產生的能量充電，將CO2還原為C。在隨后的放電階段，C被氧化以產生能量。由于碳被儲存在SOFCs/ECs的有限空間中，CASB的能量密度受限于其可容納的碳數量。盡管如此，研究人員發現，與氫儲存系統相比，CASB擁有更高的體積能量密度。
電池性能的另一個指標是充放電效率。為了評估這一指標，研究人員進行充放電實驗，并觀察到C和CO2之間的轉換是由于“波多反應”（Boudouard reactions），其特征是CO、CO2和C的混合物發生氧化還原反應。在充電期間，通過電化學還原CO2，以及波多分解還原CO，將C沉積在電極上。在放電期間，通過波多氣化反應和電化學氧化，C被分別氧化成CO和CO2。研究人員發現，CASB用于發電的C利用率，取決于3種不同碳物種(C、CO2、CO)之間的平衡，也就是所謂的“波多平衡”。
CASB系統能夠利用沉積在電極上的大部分碳發電，并表現出高達84%的庫倫效率。這表明，表明大部分儲存的能量可在放電階段獲得。此外，在800℃和100 mA cm -2 下，功率密度高達80 mW/cm2，可保持38%的充放電效率。這首次證明具有波多平衡的 CASB 系統，經過重復發電（10 次充放電循環）沒有退化，燃料電極沒有發生降解。
研究人員表示，與儲氫系統相比，預計CASB系統的尺寸更小，系統效率更高。這為開發緊湊高效的碳儲能系統奠定了基礎，再加上使用可再生能源，有助于實現無化石燃料未來。
展開 光儲直柔技術在軌道交通上的應用
儲能技術種類繁多，根據不同能量形式及技術原理，主要分為機械儲能、電化學儲能和電磁儲能三大類，其技術特性如表2所示。
表 2 儲能技術類型特性比較
總體上，機械儲能較易于大規模推廣，但效率較低；電化學儲能效率較高，但大規模應用仍需解決其使用壽命短等問題；電磁儲能效率高，但成本較高，目前占比較低。
據統計，2021年我國已投運的儲能項目累計裝機容量為45.75GW，同比增長29%。新增投運容量為10.14GW，其中，抽水儲能規模最大，達到8.05GW；鋰離子電池儲能排名第二，投運規模達到1.84GW；壓縮空氣儲能新增投運規模大幅提升，達到170MW，是其2020年底前累計規模的15倍；液流電池裝機容量新增23MW。
不同類型的儲能技術原理不同，不同應用場景對儲能技術的需求各異。超級電容器儲能適合于需要提供短時較大脈沖功率的場合，而抽水儲能、壓縮空氣儲能和電化學儲能適合于系統調峰、大型應急電源、可再生能源并入等大規模、大容量的應用場合。此外，不同應用場景應根據其具體指標要求、儲能特性和應用目的來進行儲能容量的配置。
直流配電技術
直流系統由于其形式簡單、易于控制、傳輸效率高等特點，在航空、通信、船舶等領域廣泛應用。但過去技術上的限制，使得直流變壓困難、傳輸距離有限，所以目前低壓配電系統多采用交流形式。
隨著直流技術、直流斷路器、電力電氣器件的不斷改進和完善，直流系統得到進一步發展，不僅克服了以往不足，而且還能很好地解決某些交流系統中存在的問題。在當前發電端和用電端悄然變化的背景下，交流系統與直流系統的應用特點如圖1所示。
圖1 交流系統與直流系統應用特點
（1）發電端。太陽能等新型分布式直流電需要經過交流電網逆變才能并網，而風電和水力發電等交流電由于功率與電網不匹配，需要先進行整流、逆變后并網。
展開 空氣壓縮機優化仿真 ￥300
1.疑問解答：
1）為什么整機仿真葉輪出口和單流道仿真葉輪出口總壓、總溫不一致
2）為什么整機仿真葉輪出口總溫總壓計算出來的效率比蝸殼出口總溫總壓計算出來的效率低，為什么整機仿真蝸殼出口總壓和總溫比葉輪出口總壓總溫高
3）仿真結果異常的原因是什么，如何去修正
2.簡單優化，額定點蝸殼出口整機效率提高到74%以上
壓縮空氣中的氧含量檢測
壓縮空氣，即被外力壓縮的空氣。空氣具有可壓縮性，經空氣壓縮機做機械功使本身體積縮小、壓力提高后的空氣叫壓縮空氣。壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫藥、生化、國防、科研等行業和部門。
空氣中的氧是人及萬物呼吸不可缺少的一部分，一般人的每次呼吸的空氣量約500ml,每人每天需吸入12m3左右的空氣。在生產生活中氧含量跑高是一個常見的而且危害性比較大的事故，它有多方面因素造成的，下面工采網小編和大家一起了解一下如何檢測壓縮空氣中的氧含量？
對于壓縮空氣中氧氣含量的測定可用銅氨溶液吸收法,也可采用順磁式分析儀、電化學式分析儀等儀器分析方法進行測定,儀器精度至少為士0.2%氧氣(絕對值)。
工采網提供的英國SST 螺紋式高溫氧化鋯氧氣傳感器(O2傳感器) - O2S-FR-T2-18C是氧化鋯氧氣傳感器，敏感元件是氧化鋯，采用兩個氧化鋯盤，在其中間是一個密封空間。其中一個盤起的功能是可逆氧氣泵，依次充滿樣品氣和抽空此小空間。另一個盤用于測量氧分壓差比率，得到相對應的傳感電壓。氧化鋯盤作為氧氣泵運行時，需要的700 °C的溫度由加熱元件產生(配套氧化鋯氧氣傳感器變送板O2I-FLEX-092可以提供加熱和線性模擬量輸出功能。)。氧氣泵使小空間范圍內達到額定的小值和大值壓力所花的時間和環境中氧分壓值具有對應關系。
展開 往復活塞對氣缸內空氣的絕熱壓縮
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了空氣由于活塞在矩形盒內的運動而受到絕熱壓縮，模型中上止點（TDC）對應于曲柄角為360°，活塞在到達TDC后向后移動。
計算域：10 m X 8 m
物質屬性：物質密度為理想氣體，粘度為1.7894e-5 kg/m-s
邊界條件：使用移動網格模擬活塞運動
網格劃分
采用三角形網格，網格數量為282
計算設置
本次計算為瞬態流動。
物質屬性
計算物質設置密度等參數
湍流模型
選擇為層流
動網格
（1）移動網格參數
激活In-Cylinder
（2）移動區域
設置活塞為剛性移動
設置氣缸壁為變形區域
邊界條件
各壁面為絕熱邊界
求解控制
（1）求解方法
（2）松弛因子
（3）時間步長設置
計算結果
計算域云圖展示
（1）壓力云圖
（2）溫度云圖
計算值與實驗值對比
（1）溫度隨時間變化數值對比
（2）壓力隨時間變化數值對比
參考文獻
L.D. Russell, G.A. Adebiyi, Classical Thermodynamics, Saunders College Publishing, Philadelphia, PA, 1993
展開 合成空氣壓縮機大修及檢修質量控制要點
2、機組主要檢修內容
2.1 合成空氣壓縮機主要存在的問題
目前，合成空氣壓縮機自2月緊急搶修，發現級間密封以及內部腔體之間密封損壞腐蝕嚴重，做臨時維修后開車至今，雖運行尚算平穩但不能達到設計的壓縮能力，影響了裝置長周期滿負荷正常生產。
2.2 機組主要檢修內容
本次檢修以更換壓縮機芯包檢修為主，主要包括以下檢修內容：
2.2.1 壓縮機部分
(1) 壓縮機整體更換轉子芯包
(2) 聯軸器更換國產化備件
(3) 聯軸器重新對中
(4) 干氣密封更換
2.2.2 機組輔助系統檢查、檢修
(1) 潤滑油系統：
潤滑油更換（根據油品分析報告），油路系統消漏，油過濾器更換，油泵入口濾網清理，油泵出口管路安全法校驗等；
油冷卻器應拆開封頭清洗循環水管程。
(2) 潤滑油、控制油管路儀表閥門、控制系統檢查、整定。
展開 燃料電池汽車用空氣壓縮機電機
燃料電池汽車用空氣壓縮機電機
