微小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)研究李連生，楊啟超，趙遠(yuǎn)揚(yáng)（合肥通用機(jī)械研究院壓縮機(jī)技術(shù)國家重點(diǎn)。

　　壓比壓比對壓縮機(jī)和膨脹機(jī)效率的影響在小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，需要考慮高壓比時(shí)壓縮機(jī)和膨脹機(jī)效率的變化對系統(tǒng)效率的影響。表示壓縮空氣儲存壓力對系統(tǒng)儲能效率和儲能密度的影響趨勢，即壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲能密度隨儲存壓力的升高而增大，但系統(tǒng)的儲能效率隨儲氣壓力的升高而逐漸減低。因此，壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲存壓力需要綜合考慮系統(tǒng)效率、儲能密度以及運(yùn)行可靠性等因素進(jìn)行優(yōu)化選擇。

　　不同壓比下壓縮空氣儲能系統(tǒng)的輸出功率隨流量的變化趨勢如所示，壓縮空氣儲能系統(tǒng)中壓縮機(jī)功耗和膨脹機(jī)輸出功都隨著流量和壓比的增大而增大，且壓縮機(jī)的功耗增長速率明顯。對于定容量的壓縮空氣儲能系統(tǒng)，膨脹機(jī)的流量由膨脹機(jī)的功率和運(yùn)行壓力共同決定。壓縮機(jī)流量與膨脹機(jī)流量的比值反映了了壓縮空氣儲能系統(tǒng)的充放電時(shí)間的大小。而在流量一定時(shí)，儲氣罐的容積大小決定了壓縮空氣儲能系統(tǒng)調(diào)峰時(shí)間的長短，儲氣罐容積越大，系統(tǒng)的調(diào)峰時(shí)間越長。

　　系統(tǒng)的*大效率和*小的儲氣罐容積如表1所示。從表1可以看出，在相同的調(diào)峰時(shí)間時(shí)，隨著儲氣壓力的提高，儲氣罐容積隨之降低，但充能時(shí)間有所增大，同時(shí)壓縮功耗增大，儲能系統(tǒng)效率逐漸降低。因此，表1數(shù)據(jù)也表明微小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲氣壓力與儲存容積、系統(tǒng)效率和儲能密度等密切相關(guān)。

　　表1微小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)參數(shù)與性能系統(tǒng)調(diào)峰儲氣充能儲氣罐容積總壓總膨系統(tǒng)容量時(shí)間壓力時(shí)間縮功脹功效率3.2經(jīng)濟(jì)性分析3微小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)3.1系統(tǒng)方案我國風(fēng)電場單機(jī)規(guī)模以2MW、MW機(jī)組為主，開發(fā)重點(diǎn)為5MW.如果每臺2MW或風(fēng)電3MW機(jī)組配微小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其原理見。在微小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，可根據(jù)發(fā)電功率選擇膨脹機(jī)（結(jié)構(gòu)型式）和發(fā)電機(jī)規(guī)格，根據(jù)氣量和壓力選擇壓縮機(jī)（結(jié)構(gòu)型式）與儲氣罐大小。

　　微小型壓縮空氣儲能及其利用原理調(diào)峰時(shí)間按15、0和60min計(jì)算，則理論上壓縮空氣儲能電站的經(jīng)濟(jì)效益主要包括靜態(tài)效益和動(dòng)態(tài)效益兩部分。靜態(tài)效益是該電站承擔(dān)以峰填谷和能量轉(zhuǎn)換功能時(shí)所體現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性效益。動(dòng)態(tài)效益是指由于儲能電站的適應(yīng)性、靈活性和高可靠性而在承擔(dān)事故備用電源、負(fù)荷備用等時(shí)所體現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性效益。壓縮空氣儲能系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)電場所擔(dān)負(fù)的主要功能是尖峰容量和備用容量，減少風(fēng)電的裝機(jī)容量要求，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約風(fēng)電設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用。

　　3.3關(guān)鍵參數(shù)與技術(shù)儲氣壓力及其優(yōu)化。壓縮空氣存儲壓力與發(fā)電系統(tǒng)的能量密度、儲能系統(tǒng)的效率等關(guān)系密切，需要優(yōu)化。為了提高壓力降低存儲容積，就需要選擇不同結(jié)構(gòu)型式的壓縮機(jī)組和膨脹機(jī)組。

　　膨脹比及其控制。在壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，膨脹過程常處于非穩(wěn)定狀態(tài)，入口參數(shù)變化對膨脹機(jī)的輸出特性有很大影響，需要發(fā)展?jié)M足并網(wǎng)技術(shù)需求的輸出性能調(diào)控技術(shù)。

　　系統(tǒng)效率與提高效率的相關(guān)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)在變工況下的高效、可靠與穩(wěn)定運(yùn)行，需提高壓縮機(jī)（組）和膨脹機(jī)（組）效率，開發(fā)系統(tǒng)集流體機(jī)械成優(yōu)化和控制策略，以及熱管理技術(shù)，如壓縮熱的回收與集蓄等。

　　4結(jié)論單套風(fēng)電機(jī)組配備微小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，可有效改善風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電品質(zhì)，并可作為應(yīng)急電源，其運(yùn)行維護(hù)方便，且這種配備出現(xiàn)故障時(shí)的影響面*小；壓縮空氣的儲存壓力是儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，影響到系統(tǒng)效率和儲能密度的大小。儲存壓力的選擇，還需考慮系統(tǒng)的成本和運(yùn)行可靠性；膨脹機(jī)設(shè)計(jì)制造和膨脹比控制技術(shù)，是微小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵。