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中电建李鹏:压缩空气储能地下高压储气库建设关键技术研究及产业化推广

北极星储能网  来源:北极星储能网    2020/8/27 9:10:20  我要投稿  

北极星储能网讯:在我们这个技术出现之前,一直都是采用的钢罐,地面的钢罐储气可以达到几十个兆帕,厚度大概有几公分,粗略估计五千块钱储存每立方的空气,成本还是比较高的,我们这个应该不会超过两千块钱,还是有一定的经济性。

——中电建中南设计院李鹏

2020年8月26-28日,由中国能源研究会、中关村管委会、中关村科学城管委会指导,中国能源研究会储能专委会、中关村储能产业技术联盟、中国科学院工程热物理研究所联合主办的“第九届储能国际峰会暨展览会”在北京召开。峰会主题聚焦“聚储能十年之势,创产业十四五新机”,同期举办储能联盟十年纪念论坛。北极星储能网、北极星电力APP对本次峰会进行全程直播。

在8月26日举办的“储能创新论坛”上,中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司水利与市政工程院技术研发部主任李鹏为我们分享了“压缩空气储能地下高压储气库建设关键技术研究及产业化推广”。

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中电建中南勘测设计研究院水利与市政工程院技术研发部主任李鹏

李鹏:各位专家大家下午好,我主要是把中南院压缩空气储能电站地下大规模高压储气库建设关键技术研究及产业化推广给大家做一些建设,这个项目主要是电建集团立项的研发项目,我汇报的思路跟前面专家汇报的还是有所不同的,因为我们应用相对比较少,这个还是属于前沿方面的。首先压缩空气和抽水蓄能,造价比较低,国际上有的两个商业电站最大的储气压力只有6兆帕,其实我们这个储气库相当于前面各个专家汇报的电池,应该是储气压力越大,能量密度越大,电池能量就越强。这个技术到目前为止有两个技术难题,第一个地面有大规模的压缩机跟膨胀机,要把空气压缩到地下达到10个兆帕,就是我们常规说的1000米水头的压力是非常大的,相当于一平方厘米作用100公斤的压力,可想而知一般钢铁或非常坚硬的岩石对抗这种压力。第一个关键技术是地面压缩机跟膨胀机,就是我们国内像工程热物理所、清华大学等高校在研究,最近也有一些比较关键性的进展,关心这方面的大家还是比较了解,100兆瓦膨胀机现在已经在做测试了。

云南快乐十分第二个中南院牵头大规模的地下储气库这个研究,就是压力越大成本越低,我要把空气密封在地下,这个岩石能耐得住压力,不会漏气,这个还是比较难的,我们以前做水电站,比如三峡、向家坝等很多地方电力最高就是700米的水头,这个高压空气达到10兆帕挑战是比较大的,我们核心技术主要有五个方面,第一个就是选址,中南院是做勘察设计加总承包EPC的,中南院去年产值新签合同120个亿,收款100个亿,主要是跟工程相关的,第二个稳定性,第三个怎么样去密封,选用什么样的密封材料,第四个如果是漏气以后,周围环境怎么样检测到,万一周围有一个水库或者比较敏感的设施,怎么样监测到,第五个在研究的基础上,我们自己创造了一个工程,也花了几百万,目前查到相关的文献,国外达到浅埋深的,110米浅埋10个兆帕的,没有查到相关的报道,包括国内外进展的东西。在我们这个技术出现之前,一直都是采用的钢罐,地面的钢罐储气可以达到几十个兆帕,厚度大概有几公分,粗略估计五千块钱储存每立方的空气,成本还是比较高的,我们这个应该不会超过两千块钱,还是有一定的经济性。

第三个是科学问题,怎么样把这个高压密封在地底下,需要什么样的岩石,埋多深,地下才不会地表隆起。第二个像电池一样,你循环多少次,你可以用多少次,岩石或者什么不会坏,包括混凝土。第三个怎么样去密封,耐久性怎么样,第四个安全性怎么样,第五个把空气压缩到地下,还有膨胀机怎么利用高压去发电,就是衔接技术怎么样。

接下来介绍一下未来应用前景,我们在推广过程中,这个图片相当于地下大规模的厂房,将来是可以用来做压缩空气的,还有旁边的这些都是一些地下废旧的洞穴,像武汉的防空洞都是可以拿来做压缩空气的储气库的,我等一下介绍我们实验的情况,最近跟工程热力所研发中心做了一个选址的标准,首先先做选址,然后再做设计标准、验收等一系列的标准。我刚刚介绍的里面第一个是选址,第二个是稳定,这个地表怎么样隆起,因为一般做科研的人首先要把它的理论模型搞清楚,如果考虑到温度,我们高中就学习过压缩空气会引起温度升高的,有循环的温度荷载,岩石会有多少的寿命,这个也做了一些理论的研究,也给出了一些模型。第三个针对不同充放气的工况,不放气工况、还有地下岩石的种类,侧压力系数、埋深,还有一个洞室的间距,我们做了很多的计算,也给出了一些比较好的建议。

云南快乐十分密封材料做了玻璃纤维等其他东西,比较它的造价,经过测试以后,得出各种各样材料的强度,最终选择FRP的一种改性树脂,我们认为它既具有强度,又具有延展性,所以就推荐了这个产品做我们的实验。我们在国际上首次做的地下浅埋的实验,将来压缩空气储能电站如果在地下一定是有一个山,上面有一个膨胀机,有个压缩机,右边那个图是代表地下很长的洞室,第一个地方是600米,选了一个地方做储气库,我们就用爆破,挖了一个洞子,我在外面用控压机把高压的空气红色的巷道有一个铁管一直打到储气的空间里面去,大概花了8个多小时打到10个兆帕,这个围岩到底有没有变形,做了很多传感器,包括位移、温度,这个叫多点位移计,这个完全从基础力学的角度去讲的,做这个实验最终的压力是超过10个兆帕,11。5兆帕,这个是跟重庆川移在那里采购了一个国际上能够测10个兆帕空气的温度变化,就是布置了不同位置,像很多地方考虑地下的煤矿,煤矿的巷道,不同地方的温度肯定是不一样的,这种传感器是极端恶劣下的传感器,也没有导致漏气。右边是各种各样常规的传感器,相当于通过这些传感器得到了一系列宝贵的数据,这些成果参与了很多现在示范工程前期的勘察设计和施工。这个洞子的表面还有各种各样的传感器来监测有没有漏气,比如这个气体从表面透出来,传感器可以监测到什么地方漏气,可以做弥补,这个是南京大学施立院士研发的技术,我们是搞土木工程,不清楚空气的热力学,就跟一些高校合作做了一些计算,如果温度升的很高,或者放气的时候降到零下十几度,怎么保持它稳定,所以我们做了一个统计,纵坐标代表的是压力,1万K帕就是10个兆帕,最大是超过10个兆帕,国内包括国际上最大的监测压力的传感器没有10兆帕以上,我们当时在外面压力表上看达到11。5个兆帕。这个也监测了一些漏气的地方,漏气的地方就是比较详细的问题,给我们也留下了一些经验,也发表了一些SCI论文,目前有四个发明专利。

原来实验的时候做的洞子直径比较小,只有4米,现在为了提高规模,会做到8-10米或者十几米,有没有稳定的问题,有没有漏气的问题,主要做这些实验,我们大概也跟化学电池、磷酸铁锂做过对比,我认为压缩空气储能电站的未来的发展是不可估量的,谢谢。

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