存储压缩空气发电：可再生能源的未来

如今，研究人员正在寻找创新的解决方案来克服可再生能源的最大挑战之一：高效能源存储。最有希望的提案之一是 压缩空气储存发电（CAES），一种可以充当巨型电池的技术，用于存储风能和太阳能等可再生能源产生的多余能量。

这种类型的能源存储使用压缩空气作为存储多余能源的主要手段，以便在需求高峰或可再生能源不发电时使用。在这个概念下，大量空气可以被压缩并储存在地下洞穴或储罐中，然后在需要时释放并用于发电。

RICAS 2020 项目

欧洲项目名为 丰富2020 旨在探索使用 封闭的地下洞穴 利用世界各地的现有基础设施（例如废弃矿井或自然洞穴）来储存压缩空气。据该项目背后的科学家称，这些洞穴为储存大量高压空气提供了完美的环境。

RICAS 2020 的关键理念是利用可再生能源超出需求的时刻。例如，当太阳能或风力发电达到峰值时，否则可能会被浪费。在这些能量过剩的时刻，多余的能量被用来 压缩空气 并将其存放在密封的洞穴中。然后，当系统需要发电时，压缩空气被释放并通过涡轮机发电。

可再生能源的储存问题

可再生能源需要解决的关键挑战之一是，与传统能源不同，它们的发电是间歇性的。 风并不总是吹 太阳并不总是闪耀，这意味着有时无法生产足够的可再生能源来满足需求。

由于电池的进步，太阳能光伏发电的这个问题得到了部分解决，但风能存储仍然是一个挑战，没有明确的解决方案。这就是 压缩空气储存，当没有即时电力需求时，它提供了存储风能的替代方案。

此类技术具有 日益重要 在全球能源格局中，随着电网寻求整合更多可再生能源，全球对储能的需求预计将大幅增加。对有效且可扩展的存储解决方案的需求只会增加，使得诸如 丰富2020 受到了相当大的关注。

抽水蓄能的效率

迄今为止，抽水蓄能已成为大规模储能应用最广泛的解决方案之一。该系统的工作原理是在低需求时段将水从较低的水库抽至较高的水库，然后在需求高峰时通过涡轮机释放水。

该系统的主要缺点之一是 仅在山区可行，这限制了其在因地理位置而无法使用水力发电的国家的应用。这是许多不具备必要地形条件的国家的情况，而空气储存系统则不会发生这种情况。

压缩空气系统运行

压缩空气储存（CAES）的操作相对简单。在能源需求较低的时期，空气被压缩并储存在 地下洞穴 o 加压容器。当需要发电时，储存的空气被释放并通过涡轮机膨胀来产生电能。

该系统在概念上类似于日常使用的系统 自行车打气筒。当空气被泵入轮胎时，压力增加，当压力释放时，压缩空气中存储的能量转化为动能，推动自行车前进。

在能源储存方面，来自可再生能源的多余电力被用来压缩空气，并将其储存在地下。当再次需要该能量时，空气通过燃气轮机释放以发电。在这个压缩过程中，会产生大量的热量，带来的效率问题一直是研究的主题。

当前系统中的效率问题

目前，最大的压缩空气存储系统位于美国和德国。这些系统使用 地下盐层 在压力下储存大量空气。然而，它们有一个主要缺点： 他们失去了很多能量 在空气压缩过程中以热量的形式存在。

问题是这些系统没有配备有效的技术来保存压缩过程中产生的热量。这导致存储的势能的很大一部分被损失，从而降低了系统的整体效率。

通过 RICAS 2020 提高效率的解决方案

RICAS 2020 项目提出了一种创新解决方案，以提高压缩空气存储系统的效率。关键在 储存压缩过程中产生的热量 以减少能量损失。

该创新包括将热压缩空气通过 充满碎石的独立洞穴。岩石吸收并保留压缩过程中产生的热量。当压缩空气用于发电时，它首先再次穿过岩石，使其能够 回收热量 并提高系统效率。

通过这一改进，RICAS 2020 工程师估计可以将存储系统的总效率提高多达 70到80％优惠，与仅实现 45到55％优惠 的效率。

其他CAES存储系统

CAES 系统有多种类型，主要区别在于它们如何管理空气压缩过程中产生的热量：

• 绝热CAES：这种类型的系统储存空气压缩过程中产生的热量，并在空气在涡轮机中膨胀时使用它来加热空气。这显着提高了系统的效率。
• 非绝热CAES：非绝热系统不是储存热量，而是将其作为废物消散。当需要释放空气时，必须通过外部来源（例如天然气）加热，这会降低效率。
• CAES等温：理论上这是最有效的系统，因为空气的压缩和膨胀都是在恒定温度下进行的。然而，实现完全高效等温系统的技术尚未开发出来。

存储容量及实际案例

目前，有两个大型压缩空气储能工厂投入商业运营：

• 德国亨托夫：这是第一家以商业规模使用 CAES 技术的工厂。它的容量为 321 MW 并已被证明可以有效管理风能发电的变化。
• 美国麦金托什：自 1991 年开始运营，容量为 110 MW。它使用同流换热器在膨胀前预热压缩空气，并使用天然气作为额外的能源来提高效率。

两个工厂都需要天然气来产生压缩空气膨胀过程中所需的热量。尽管从能源角度来看它们是可持续的，但研究仍在继续寻找不依赖化石燃料的替代品。

CAES未来的潜力

随着各国寻求更大程度地普及可再生能源，压缩空气储能可以发挥关键作用。通过 RICAS 2020 提出的创新，CAES 可能成为以低成本存储大量能源的可行且高效的选择。

地下洞穴的使用、更高的保温效率以及将现有技术用于新应用的能力使得压缩空气储存成为未来几年具有巨大潜力的技术。可持续性和提高能源效率可以改变我们未来管理能源的方式。

随着这项技术的不断发展，我们可能很快就会看到克服当前可再生能源存储挑战的进步，从而确保为子孙后代提供稳定和可持续的能源供应。