压缩空气储能技术

压缩空气储能技术是利用压缩空气储存能量的储能发电厂。 它们用于电网控制，例如提供平衡电力：如果产生的电力多于消耗的电力，则多余的能量用于在压力下将空气泵入存储设施； 当需要电力时，通过燃气轮机中的压缩空气产生电力。

压缩空气储能技术之前被设计为与燃气轮机发电厂相结合的混合动力系统，可在高峰负荷时提供电力。 与为同一目的而开发的抽水蓄能电站不同，抽水蓄能电站的水通过落水管从高处的蓄水湖流下，从而驱动涡轮机和发电机，而压缩空气储能技术利用压缩空气中包含的能量. 在非高峰期，使用电动压缩机将压缩空气储存在地下洞穴中。 在峰值负载对电力的高需求时，压缩空气被送入燃气轮机，燃气轮机将其电力输送到与之相连的发电机。 由于当空气膨胀时必须再次供应热量以防止涡轮机结冰，因此使用了压缩空气储存和燃气轮机发电厂的组合。

由于高峰负荷发电厂大部分时间处于闲置状态，或者就储能发电厂而言，它们正在充电，因此只有在高峰负荷时段以高价消耗电力时，它们才能盈利。 因此，总成本在很大程度上取决于系统的安装成本。

压缩空气储能技术以及其他峰值负荷和储能发电厂的一个基本特征是它们可以非常快速地启动。

此外，该系统具备黑启动能力，这意味着该系统可以在大规模停电后为恢复网络运行做出贡献。

由于空气在压缩过程中放出热量，而空气在减压过程中冷却（焦耳-汤姆逊效应），热能就这样流失，效率下降。 为了补偿减压时冷空气的负面影响，在减压时通过燃烧气体对其进行部分加热。 由于需要两种不同的输入因素（天然气和电力），因此很难说明压缩空气储能技术的效率。 这些不能轻易等同。 有两种极端的解释：

由于天然气价格相对较高，可以将洞穴中压缩的空气转化为电能，而无需任何额外的天然气供热。 该电厂的效率计算类似于抽水蓄能电厂。 由于大部分未使用的压缩热造成的高损失，其效率明显低于现代燃气轮机。

由于天然气价格非常低，可以降低洞穴压力，以节省宝贵的压缩电能。 通过燃烧更多的气体，这种不足可以通过更高的涡轮入口温度在一定范围内得到补偿。 然而，在一定程度上，这与储能电站的实际目的即储存能量相矛盾。 此外，这使您更接近传统的燃气轮机工艺。

由于技术原因，真正的压缩空气储能技术介于这两个极端之间。 例如，为了在亨特多夫发电厂产生 1 千瓦时的电能，必须应用 0.8 千瓦时的电能和 1.6 千瓦时的燃气。

由于能源转型以及随之而来的风力涡轮机和光伏系统的扩张，压缩空气储能技术在未来可能变得更加重要，这与储能需求的增加有关。 像抽水蓄能电站一样，它们可以用来提炼电力。 为了提供类似数量的控制能量，抽水蓄能电站要么需要大容量，因此需要大面积，要么需要大的高度差异。

压缩空气储存需要挖空、密封的盐穹顶，因此与地质条件适宜的地点相关联，就像抽水蓄能电站一样。 德国北海沿岸有许多被冲刷掉的盐丘可以，以便为压缩空气存储系统创建洞穴。

鉴于风能和光伏发电的不断扩张，储能的广泛使用有望稳定这些波动（易变）的“依赖供应的能源形式”。 缺少的风能或太阳能可以从储能中得到补充，短期但非常高的生产高峰可以馈入储能，从而增加风能和太阳能的电网兼容性。 有利的是，在当前（沿海地区）和未来（北海和波罗的海）生产中心附近有许多地质适合风力发电的地点。

严格意义上的压缩空气储能技术仅由一台动力驱动的压缩机、作为大容积密闭容器的压缩空气储存器、一台涡轮机和一台发电机组成。 压缩机压缩空气并将其压入容器中。 随后流出的压缩空气驱动涡轮机。 连接的发电机产生电力。 这种基本设计在实践中会导致严重的问题和低效的操作。 因此，它总是被扩展以包含其他组件。

空气的压缩会自动导致其温度升高，请参见绝热状态变化。 根据压力，可以达到 1,000 °C 以上。 为了保护系统免受此影响，它的热能通过热交换器释放到环境中，因此无法进一步使用。 由于在重新提取之前不可避免地与压缩空气储存器（洞穴）的壁进行温度平衡，因此会发生进一步的冷却。 这两个过程都会导致显着的效率损失。

相反，（已经冷却的）空气会在涡轮膨胀期间强烈冷却。 空气中残留的水分会冻结并冻结涡轮机。 为避免这种情况，压缩空气在进入涡轮机时与可燃气体混合并点燃混合物。 产生的热废气驱动涡轮机。

因此，这是一个燃气轮机发电厂，其中属于涡轮机的压缩机的工作由存储的压缩空气接管。 Huntorf 发电厂属于此类。因此，这种发电厂不存储任何能量；这种发电厂的特殊好处在于提供平衡能量。 通过在没有耦合压缩机的情况下运行涡轮机，可以获得比传统燃气发电厂更高的输出。

使用绝热(isch)en 压缩空气储能技术，压缩机不被冷却，压缩空气的热量暂时储存在蓄热器中。 它被设计成一个固体储罐，类似于 Cowper。

如果空气再次放松，它首先通过蓄热器并因此再次被加热。 不使用天然气来加热空气。 这样，可以实现明显更高的利用率。 但前提是储罐充放电的时间要短。 在涡轮机中膨胀期间，空气冷却至环境温度。

在迄今为止安装的发电厂中，压缩空气时产生的热量会散发到环境中，因此无法再使用。 因此，绝热压缩空气储能技术更接近于绝热状态变化，效率更高。

在从压缩空气储存器抽取压缩空气的过程中，储存器中的压力以及因此涡轮机的入口压力降低。 然而，传统的涡轮机是为基本恒定的压力而设计的。 为了在提取过程中保持压缩空气储罐中的压力恒定，可以将其放置在液柱下方。 这可以通过将（地下）洞穴连接到地上水库来实现。