С ростом доли возобновляемых источников энергии развитие систем долговременного хранения энергии стало тенденцией, и основные технические пути для крупномасштабного долговременного хранения энергии включают в себя пять категорий: гидроаккумулирующие электростанции, тепловые аккумуляторы на основе расплавленных солей, жидкостные накопители энергии, накопители энергии на основе сжатого воздуха и водородные накопители. На данном этапе наиболее зрелым является применение гидроаккумулирующих электростанций, однако преимуществами накопителей энергии на основе сжатого воздуха являются их масштабируемость, высокая эффективность, низкая стоимость, экологичность и отсутствие географических ограничений, что позволяет им стать дополнением к гидроаккумулирующим электростанциям.
Накопители энергии на основе сжатого воздуха относятся к системам долговременного хранения энергии, позволяющим осуществлять циклы зарядки и разрядки в течение более чем 4 часов или дней, или месяцев, что является их выдающимся преимуществом в регулировании колебаний выработки новой энергии.
По словам директора Центра исследований и разработок в области термофизики и хранения энергии Института инженерных наук Китайской академии наук Сюй Юйцзе, в будущем энергетическая система нашей страны будет представлять собой новый тип возобновляемой энергии в качестве основной, а ветровая, фотоэлектрическая и другие возобновляемые источники энергии будут работать с перебоями и нестабильностью. Широкомасштабное подключение к электросети создаст риски для безопасности. В это время возникает необходимость в системах хранения энергии как гибких регулирующих ресурсах для управления энергосистемой. Одним из наиболее перспективных направлений является хранение энергии с помощью сжатого воздуха.
«Технология хранения энергии сжатого воздуха не нова. Традиционные технологии хранения энергии сжатого воздуха применяются в Германии и США уже много лет, но они зависят от ископаемого топлива, требуют больших природных пещер, имеют низкую эффективность хранения и другие недостатки, что ограничивает их широкое внедрение», — сказал Сюй Юйцзе. Он добавил, что передовая китайская система хранения энергии сжатого воздуха использует рециркуляцию сжатого тепла, не требует использования ископаемого топлива и может применяться в различных формах, таких как наземные хранилища, искусственные камеры и подземные природные пещеры. Кроме того, эта система значительно повышает эффективность хранения энергии.
В настоящее время Китай, используя передовую технологию хранения энергии сжатого воздуха мощностью 100 МВт, построил первую в мире демонстрационную электростанцию с такой технологией, успешно подключенную к сети для выработки электроэнергии. Электростанция расположена в уезде Чжанбэй провинции Хэбэй и является крупнейшим и наиболее эффективным проектом в мире среди новых электростанций, использующих технологию хранения энергии сжатого воздуха. Она может вырабатывать до 132 миллионов кВт·ч электроэнергии в год, обеспечивая защиту от пиковых нагрузок для около 50 000 потребителей. Одновременно она позволяет сэкономить 42 000 тонн стандартного угля и сократить выбросы углекислого газа на 109 000 тонн в год.
В чем преимущества хранения энергии сжатым газом по сравнению с другими новыми типами хранения энергии? В целом, их можно суммировать как безопасность, длительный срок службы и высокую взрывоопасность. Во-первых, хранение энергии сжатым газом очень безопасно. Возьмем в качестве примера проект хранения энергии сжиженным углекислым газом: поскольку сжижение углекислого газа очень простое, для его хранения требуется всего несколько мегапаскалей давления, нет необходимости беспокоиться о скрытой опасности хранения газа под высоким давлением, в то же время углекислый газ нетоксичен, негорюч и взрывоопасен, что обеспечивает очень высокую безопасность. Кроме того, поскольку это полностью механические устройства, срок службы систем хранения энергии сжатым воздухом может достигать 30-50 лет при нормальном техническом обслуживании. «Хранение энергии сжатым воздухом — это физический процесс, основанный на термическом циклировании, который обладает естественными преимуществами с точки зрения безопасности и снижения деградации характеристик, и считается одной из наиболее перспективных технологий крупномасштабного хранения энергии». Исходя из этих преимуществ, Чэнь Хайшэн, научный сотрудник Института инженерной термофизики Китайской академии наук, заявил, что применение технологии хранения энергии сжатого воздуха имеет большое стратегическое значение и огромный рыночный спрос для реализации стратегических целей страны по сокращению выбросов углерода и улучшению состояния окружающей среды.
Стоит отметить, что энергетический импульс, создаваемый накопителем энергии сжатого воздуха, достаточно велик. Это может напрямую работать в некоторых специальных областях применения. Например, в случае дизельных двигателей, используемых на больших судах, сжатый воздух обычно хранится в резервуаре под давлением и через специальный пусковой клапан воздействует непосредственно на поршень, вращая коленчатый вал перед началом впрыска топлива. Такая конструкция более компактна и дешевле, чем электрический стартер того же размера, и может обеспечивать необходимые чрезвычайно высокие импульсы мощности без чрезмерной нагрузки на генератор и распределительную систему судна.
В сфере систем хранения энергии сжатого воздуха Китай продолжает наращивать масштабные демонстрационные проекты и их применение, накапливает опыт в проектировании и строительстве, а также развивает полную и зрелую производственную цепочку для дальнейшего ускорения их строительства и внедрения.
Дата публикации: 14 сентября 2023 г.
