Compressed Air Energy Storage (CAES) - Пневматический аккумулятор энергии

[22sobaki.livejournal.com]

Пещера, компрессор и газовая турбина - так устроен пневматический аккумулятор энергии. В США первое такое устройство было построено в 1991 году в Mclntosh, Алабама. Его назначение - сглаживание пиковых нагрузок на электростанции.


В режиме накопления воздух компрессорами загоняется в подземное хранилище (естественную соляную пещеру) объемом 538 тыс.куб. до давления 77 атм. Когда потребление энергии в сети неожиданно возрастает, воздух выходит и отдает мощность в систему. Время опорожнения резервуара до нижнего рабочего давления 46 атм - 26 часов, в течение которых станция выдает 110 МВт мощности.



Сжатый воздух крутит турбину не сам по себе, а поступает в газовую турбину. Поскольку 2/3 мощности газовой турбины обычно расходуется на привод компрессора, который нагнетает в нее воздух, то получается солидная экономия. Перед поступлением в турбину воздух подогревается в теплоутилизаторе (рекуператоре) продуктами сгорания, что тоже добавляет эффективности.


Отмечают снижение расхода газа на 60...70% по сравнению с традиционной газовой турбиной, быстрый запуск из холодного состояния (несколько минут) и хорошую работу на малых нагрузках.

Строительство станции в Mclntosh заняло 30 месяцев и стоило 65 млн.долларов.

Проект в Алабаме не уникален. Еще в 1978 в Huntorf немцы запустили хранилище на 290 МВт (2 часа работы) в двух соляных пещерах на глубине 600...800 м с диапазоном давлений 50...70 атм. Первоначально хранилище служило горячим резервом для промышленности северо-запада Германии, а сейчас используется для сглаживания пиков выработки ветряных электростанций.

Пишут, что в Донбассе во времена СССР планировали обустройство в такой же пещере пневматического аккумулятора на 1050 МВт, судьба его неизвестна.

В 2012 в Техасе рядом с 2-мегаваттным ветропарком было открыто пневматическое хранилище на 500 МВт-часов, но конкретики по нему маловато.


Приводят общий КПД таких станций 41...53% и указывают, что стоимость строительства составляет 360...650 $/кВт и более в зависимости от того, используется природная пещера или надо рыть новую.

Бонусом идет британский проект станции на 15 МВт-ч, где воздух будут сжижать и хранить в баллонах. Такое решение компактней, но дороже.

Comments

[matabuba.livejournal.com]

Эффективнее газовый гидроаккумулятор+объемный гидромотор. И хлама меньше.

[vatslavovich.livejournal.com]

что такое газовый гидроаккумулятор? вы имели в виду мембранный гидроаккумулятор?

[matabuba.livejournal.com]

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B0%D0%BA%D0%BA%D1%83%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80 (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B0%D0%BA%D0%BA%D1%83%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80)
В данном случае без разделения сред, ведь ни мембрану, ни поршень в пещеру не засунешь.

[vatslavovich.livejournal.com]

Понятно. В данном случае, как мне представляется, необходимо предусмотреть замену рабочего тела с воздуха на жидкость, причем воздух будет храниться под землей, а замену можно делать на поверхности. жидкость должна циркулировать в замкнутом объеме, достаточном для вращения гидромотора. Не думаю, что здесь можно обойтись двумя гидроаккумуляторами. Нужно что либо поизящней. Хотя сейчас подумал, что если испльзовать что-либо типа поршневого двигателя с рабочим телом "сжатый воздух", то его кпд будет выше, чем обычные пневмороторные машины. Тогда на вал садишь генератор и вуаля.

[matabuba.livejournal.com]

А зачем два гидроаккумулятора? Один. И обратимая гидромашина объемного регулирования. КПД на порядок выше, чем у любого газового двигателя и тем более компрессора. К тому же удельная мощность такого преобразователя самая большая, пока что. Возможно, правда, что выгоднее поставить несколько нерегулируемых гидромашин - для разных внешних характеристик нагрузки и для разного текущего давления в пузыре.
Кстати, м.б. лучше использовать масло, тогда гидромашины будут дешевле и долговечнее.

[vatslavovich.livejournal.com]

Если взять два гидроаккумулятора, можно обойтись замкнутой системой с малой емкостью, около 80 или 100 литров. Конечно использовать масло. Давление в пузыре можно ( и нужно ) регулировать редуктором давления. Я не знаю, на каких давлениях работают гидромоторы, но думаю 5-8 атм для них достаточно. а в ресивер можно догонять до 20-30.

[matabuba.livejournal.com]

Редуктор - дроссельная система регулирования, приводящая к потерям, в частности, к нагреву жидкости - я потому и говорю об объемном регулировании, что не надо никаких дросселей.
Аккумулятор нужен один. Но большой. В 100 литрах воздуха 20-30 атм много энергии не запасешь. (а вторая емкость - бак, без давления). Обычные общепромышленные или транспортные гидроаккумуляторы и гидромашины работают 200-300 атм. Пещера же хороша тем, что объем легко может быть и 1000 кубометров. Если среднее давление будет, допустим 15МПа, то можно посчитать запасенную энергию. Или, задавшись расходом гидромашины, мощность отбора/закачки. При 1000л/мин*15 МПа/60 = 250кВт. Иными словами 1000 минут работает генератор в 250 кВт. Ну, кпд положим 0,9. Гораздо веселее компрессора и турбины.
Да,1000л/мин это примерно как насос пожарной машины, так что хлама не очень много.

Кстати, вместо воздуха лучше азот, чтобы масло не окислялось.

[vatslavovich.livejournal.com]

я имел в виду домашнюю систему аккумулирования энергии. Небольшой ветряк или система ветряков с компрессорами нагнетает воздух в 15-30 кубовый подземный ресивер, который при отсутствии электроэнергии, через гидромашину запитывает электрогенератор.
При одном гидроаккумуляторе не понятно, куда будет деваться отработанная жидкость? Кроме того, если воздушный ресивер и гидроаккумулятор на 100 л - вполне рабочие решения в домашних условиях, то гидроаккумулятор на 1000 кубов - нет

[matabuba.livejournal.com]

Ну, 15 кубов на отдельно стоящий дом это даже слишком. Если 9-10 кВт генератор (при среднем давлении 15МПа, 40 л/мин) хватит на 15000/40=375 минут.
Ещё одна емкость - бак. Без давления, можно у поверхности зарыть.