Yn y newid byd-eang i ynni glân, mae ffynonellau adnewyddadwy amrywiol fel solar a gwynt yn cynnig potensial aruthrol ond maent hefyd yn cyflwyno heriau mawr. Mae eu natur ysbeidiol-sy'n cael ei yrru gan y tywydd, cylchoedd dydd-nos, ac amrywiadau tymhorol-yn aml yn arwain at gwtogi (ynni gwastraffus) neu ansefydlogrwydd grid. Mae Storio Ynni Aer Cywasgedig (CAES) yn ddatrysiad aeddfed, graddfa fawr sy'n trosi trydan dros ben yn aer cywasgedig i'w storio ac yn ei ryddhau ar alw i gynhyrchu pŵer, gan amsugno a defnyddio ynni gwynt a solar yn effeithiol tra'n sicrhau sefydlogrwydd a chydbwysedd grid.
Mae CAES yn storio ynni trydanol fel potensial mecanyddol trwy gywasgu aer, gan alluogi cyfnodau storio o oriau i wythnosau heb fawr o golledion. Pan fo angen, mae'r aer cywasgedig yn cael ei ryddhau i yrru tyrbinau a chynhyrchu trydan. Mae'r dechnoleg hon yn arbennig o addas ar gyfer storio ar raddfa fawr, hir, gan drawsnewid ynni adnewyddadwy ysbeidiol yn bŵer y gellir ei anfon, sy'n ddibynadwy ac sy'n bodloni gofynion y grid cloc o gwmpas.
Technoleg ac Egwyddorion Sylfaenol
Mae craidd CAES yn gorwedd yn thermodynameg cywasgu ac ehangu nwy. Mae aer yn cynhesu wrth gywasgu ac yn oeri wrth ehangu. Mae effeithlonrwydd uchel yn dibynnu ar reoli gwres yn effeithiol:
CAES confensiynol (Diabetig).: Mae gwres cywasgu yn cael ei wasgaru trwy ryng-oeryddion, a defnyddir tanwydd (nwy naturiol yn nodweddiadol) i ailgynhesu'r aer cyn ehangu. Mae effeithlonrwydd taith gron-yn nodweddiadol 40–55%.
CAES Adiabatig Uwch (AA-CAES): Mae gwres cywasgu yn cael ei ddal a'i storio mewn systemau storio ynni thermol (TES)-fel gwelyau cerrig wedi'u pacio, halen tawdd, neu olew thermol-i'w ailddefnyddio yn ystod ehangu. Mae effeithlonrwydd yn cyrraedd 70% neu uwch heb unrhyw ddefnydd o danwydd ffosil.
Isothermol/Gron-CAES Isothermol: Mae cyfnewidwyr gwres uwch neu chwistrellau dŵr yn cynnal tymereddau agos-yn ystod cywasgu ac ehangu, gydag effeithlonrwydd damcaniaethol o 80–95% mewn systemau datblygu.
Mae gweithfeydd CAES modern yn gweithredu ar bwysau o 4–7 MPa (40–70 bar) ac yn dibynnu ar y gyfraith nwy ddelfrydol ar gyfer storio ynni. Yn wahanol i fatris, mae CAES yn rhagori mewn cymwysiadau ar raddfa hir, gigawat, gyda diraddiad dibwys dros ddegawdau.
Offer a Chydrannau Allweddol
Mae cyfleuster CAES nodweddiadol yn cynnwys:
Cywasgwyr: Cywasgwyr trydan aml-gam sy'n cael eu pweru gan drydan dros ben, sy'n gwasgu aer amgylchynol gan ddefnyddio camau gwasgedd isel ac uchel gyda rhyngoeri.
Storio Awyr: Ceudyllau tanddaearol (cromenni halen, meysydd nwy wedi'u disbyddu, neu ddyfrhaenau) neu uwch -dwysedd uchel y ddaear-llestri artiffisial (fel araeau pibellau). Mae ceudyllau halen yn cael eu ffafrio oherwydd eu hanathreiddedd a'u pwysau-cwydnwch beicio ar ddyfnder o 300–1,500 metr.
System Rheoli Thermol(mewn dyluniadau uwch): Cyfnewidwyr gwres ac unedau TES sy'n dal ac yn storio gwres cywasgu.
Ehangwyr/Tyrbinau a Generaduron: Ehangwyr - uchel ac isel-turbo-pwysedd uchel wedi'u cyplysu â generaduron. Mae systemau confensiynol yn defnyddio hylosgwr ar gyfer ailgynhesu; mae systemau adiabatig datblygedig yn ailddefnyddio gwres TES.
Systemau Ategol: Rheolyddion pwysau, modur/generaduron deugyfeiriadol, ac offer cydgysylltu grid.
|
Nac ydw. |
Enw Offer |
Prif Swyddogaeth |
Nodweddion ac Egwyddorion Technegol |
Disgrifiad o'r Darlun Ategol |
|
1 |
Cywasgwyr |
Wrthi{0}}pwerdy cyfnod gwefru: yn trosi trydan dros ben yn ynni potensial aer cywasgedig |
Cywasgwyr tyrbo trydan aml-gyfnod (echelinol neu allgyrchol), sy'n gweithredu ar 4-7 MPa (40–70 bar), sydd â rhyngoeryddion a systemau adfer gwres; Mae gyriannau cyflymder amrywiol-yn galluogi ymateb cyflym i amrywiadau adnewyddadwy |
Cynllun system gyflawn yn amlygu'r trên cywasgydd |
|
2 |
Systemau Storio Aer |
Storio aer cywasgedig am gyfnod hir (oriau i wythnosau) |
Ceudyllau halen tanddaearol (dyfnder 300–1,500 m) neu -ddwysedd uchel uwchlaw-pibellau daear-llestri rhesi; wedi'i gynllunio ar gyfer beicio pwysau dro ar ôl tro gyda bron i{6}}gollyngiad sero |
Diagram trawsdoriadol yn dangos y ceudwll tanddaearol a'r rhyngwyneb rheoli thermol arwyneb |
|
3 |
Systemau Rheoli Thermol a Storio Ynni Thermol (TES). |
Dal, storio, ac ailddefnyddio gwres cywasgu ar gyfer gweithrediad -effeithiolrwydd uchel, heb danwydd |
Cyfnewidwyr gwres (HX1 / HX2) wedi'u paru â chyfryngau TES (gwelyau ceramig, halen tawdd, neu olew thermol) sy'n storio gwres hyd at 600 gradd; Mae adfer dolen gaeedig yn cyflawni effeithlonrwydd taith rownd dros 70 % |
Wrthi'n codi tâl-cyfnod gwres-sgematig llif + diagram integreiddio system lawn |
|
4 |
Ehangwyr, Tyrbinau a Generaduron |
Gollwng-gwaith pŵer cyfnod: yn trosi aer cywasgedig sydd wedi'i storio yn drydan |
Tyrbo -camau lluosog-ehangwyr (pwysau uchel- ac isel-) wedi'u cysylltu'n uniongyrchol â generaduron cydamserol; llwyth llawn wedi'i gyrraedd mewn llai na 10 munud gyda dim allyriadau hylosgi mewn dyluniadau datblygedig |
Ffotograff gosod generadur-world expander-go iawn |
|
5 |
Systemau Ategol |
Sicrhau gweithrediad peiriannau diogel ac effeithlon ac integreiddio grid |
Falfiau rheoli pwysau, generaduron modur deugyfeiriadol, monitro SCADA, offer switsio grid, tyrau oeri, a rhwydweithiau pibellau helaeth |
Golygfa fewnol o'r neuadd dyrbin yn dangos systemau pibellau a thrydanol integredig |
Mae dyluniad modiwlaidd CAES yn caniatáu optimeiddio annibynnol o alluoedd cywasgu, storio ac ehangu, gan ddarparu hyblygrwydd gweithredol heb ei gyfateb gan lawer o dechnolegau storio eraill.
Prosesau Gweithredol
Mae CAES yn gweithredu mewn dau gyfnod cynradd:
Cyfnod Codi Tâl (Cywasgu).: Yn ystod cyfnodau o allbwn adnewyddadwy uchel neu alw isel, mae trydan dros ben yn gyrru'r cywasgwyr. Mae aer yn cael ei gywasgu mewn sawl cam (cynhesu), ei oeri, a'i chwistrellu i'r storfa. Mewn systemau adiabatig datblygedig, mae'r gwres a dynnwyd yn cael ei storio yn TES.
Cyfnod Rhyddhau (Ehangu/Cynhyrchu).: Pan fo brigau galw neu ynni adnewyddadwy yn annigonol, caiff aer cywasgedig ei ryddhau, ei gynhesu ymlaen llaw (gan ddefnyddio gwres TES neu danwydd atodol), ei ehangu trwy dyrbinau i yrru generaduron, a'i ddihysbyddu fel aer oerach. Gall y system gyrraedd llwyth llawn mewn llai na 10 munud, gan ei gwneud yn ddelfrydol ar gyfer cydbwyso grid, rheoleiddio amlder, a chronfeydd wrth gefn nyddu.
Gall planhigion feicio bob dydd neu'n dymhorol gyda chyfraddau hunan-ollwng isel iawn. Mae enghreifftiau ar raddfa cyfleustodau sefydledig-yn cynnwys gwaith Huntorf yn yr Almaen (321 MW, yn weithredol ers 1978) a gwaith McIntosh yn yr Unol Daleithiau (110 MW, ers 1991).
Astudiaeth Achos Byd Go Iawn: 100 MW Prosiect Arddangos Storio Ynni Aer Cywasgedig Uwch
Fel enghraifft flaenllaw o gyflawni prosiect CAES yn llwyddiannus, mae prosiect arddangos cenedlaethol storio ynni aer cywasgedig uwch Tsieina 100 MW yn arddangos aeddfedrwydd y dechnoleg a photensial cymwysiadau ar raddfa fawr. Wedi'i datblygu o dan arweiniad y Sefydliad Peirianneg Thermoffiseg, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, dyma'r orsaf CAES uwch 100 MW gyntaf yn y byd a'r safle CAES uwch effeithlonrwydd mwyaf ac uchaf sy'n gweithredu ar hyn o bryd.
Manylion Ffurfweddu System:
Gallu: allbwn pŵer 100 MW / storio ynni 400 MWh.
Math o Dechnoleg: CAES adiabatig uwch (AA-CAES) yn cynnwys storfa thermol uwch-gritigol, cyfnewid gwres uwchgritigol, cywasgu/ehangu llwyth uchel, ac integreiddio system lawn-gan ddileu dibyniaeth ar danwydd ffosil yn llwyr.
Dull Storio: Llestri storio aer artiffisial dwysedd uchel (dyluniad rhesi pibellau), cynyddu dwysedd ynni a lleihau dibyniaeth ar geudyllau tanddaearol mawr.
Effeithlonrwydd:-effeithlonrwydd taith crwn o 70.4%.
Paramedrau Perfformiad: Mae cynhyrchiant blynyddol yn fwy na 132 miliwn kWh, sy'n ddigon i fodloni'r galw am drydan brig ar gyfer tua 50,000 o gartrefi; yn arbed 42,000 tunnell o lo safonol ac yn lleihau allyriadau CO₂ tua 109,000 tunnell y flwyddyn.
Offer Allweddol: Cywasgwyr aml-gyfnod, ehangwyr tyrbinau/setiau generadur, system storio thermol TES uwch-gritigol, a -pibellau gwasgedd uchel-llestri storio rhesi.
Lleoliad: Sir Guyuan, Dinas, Talaith Hebei, o fewn Parc Diwydiannol Cyfrifiadura Cwmwl Miaotan; yn meddiannu tua 5.7 hectar. Cafodd y prosiect ei-gysylltu â'r grid yn 2022 ac mae wedi dechrau ar y gwaith o baratoi gweithrediadau masnachol.
Mae'r prosiect hwn yn dangos ein gallu i weithredu mentrau CAES ar raddfa fawr yn llwyddiannus trwy adfer gwres cywasgu, optimeiddio rheolaeth thermol, a defnyddio dyluniad modiwlaidd i oresgyn cyfyngiadau traddodiadol mewn effeithlonrwydd, dibyniaeth ar danwydd, a dewis safleoedd. Mae'n darparu dilysiad peirianneg byd go iawn gwerthfawr a model graddadwy ar gyfer integreiddio ynni adnewyddadwy byd-eang.
Sut Mae CAES yn Hwyluso Amsugno a Defnyddio Ynni Gwynt ac Solar yn Effeithiol
Mae amrywioldeb pŵer gwynt a solar yn aml yn arwain at drydan dros ben na all y grid ei amsugno'n llawn. Mae CAES yn gweithredu fel "sioc-amsugnwr" ar gyfer y grid, gan fynd i'r afael yn uniongyrchol â'r mater hwn:
Amsugno Pŵer Gwarged: Yn ystod gwyntoedd cryfion neu arbelydriad solar brig, defnyddir ynni gormodol i gywasgu a storio aer o dan y ddaear, gan atal cwtogi.
Allbwn Llyfnu: Mae CAES yn datgysylltu cynhyrchiant o ddefnydd, gan ryddhau ynni wedi'i storio yn ystod cyfnodau tawel neu ar ôl machlud haul i ddarparu pŵer sefydlog, rhagweladwy.
Sefydlogrwydd Grid ac Integreiddio: Mae ei ymateb cyflym yn cefnogi rheoleiddio amledd, rheoli foltedd, a gwasanaethau cychwyn du. Gwynt-solar-Mae systemau hybrid CAES yn creu planhigion "llwyth sylfaenol rhithwir", gan leihau'r ddibyniaeth ar beiriannau brig tanwydd ffosil.
Manteision Economaidd ac Amgylcheddol: Mae CAES yn gostwng costau storio yn sylweddol, yn gwella cyfraddau defnyddio adnewyddadwy, ac yn lleihau allyriadau carbon (yn enwedig mewn ffurfweddiadau adiabatig datblygedig). Mae'n arbennig o gystadleuol ar gyfer integreiddio adnewyddadwy ar raddfa fawr, hir.
Mae -cydleoli CAES â ffermydd gwynt neu orsafoedd solar yn gwneud y gorau o'r seilwaith trawsyrru ac yn datgloi refeniw ychwanegol drwy gyflafareddu ynni, marchnadoedd capasiti a gwasanaethau ategol.
Edrych Ymlaen: CAES fel Conglfaen Gorsafoedd Pŵer Ynni Adnewyddadwy
Mae CAES wedi esblygu o'i wreiddiau yn y 1970au i fod yn dechnoleg storio hyblyg, hir, gyda photensial ar raddfa gigawat. Mae amrywiadau adiabatig ac isothermol uwch yn dileu'r defnydd o danwydd ffosil yn gyfan gwbl, gan alinio'n berffaith â nodau sero net. Mae ei scaladwyedd a'i allu i addasu'n ddaearyddol (lle mae daeareg addas yn bodoli) yn galluogi trosi adnoddau gwynt a solar ysbeidiol yn drydan dibynadwy, gwerth uchel.
Mae prosiectau llwyddiannus megis yn cadarnhau bod technoleg CAES yn gwbl barod i'w defnyddio ar raddfa fasnachol. Drwy fabwysiadu CAES, gall y sector ynni adnewyddadwy oresgyn ei her fwyaf-amrywioldeb-cyflymu’r broses o drosglwyddo ynni glân a darparu gwydnwch economaidd a sicrwydd ynni i gyfleustodau, diwydiannau a chymunedau ledled y byd. Mae prosiectau parhaus yn Tsieina ac yn rhyngwladol yn arwydd nad yw gorsafoedd ynni gwynt integredig-CAES bellach yn weledigaeth ond yn realiti presennol-darparu trydan glân y gellir ei anfon pryd bynnag a lle bynnag y mae ei angen.
