Technologie de stockage d'énergie à air comprimé

Air comprimé stockage d'énergie utilise l’excédent d’électricité du système électrique pendant la période de faible charge. Le compresseur d'air est entraîné par un moteur électrique pour comprimer l'air dans une grotte souterraine fermée de grande capacité servant de chambre de stockage de gaz. Il peut également s’agir d’une mine abandonnée, d’un réservoir de gaz sous-marin englouti, d’une grotte, d’un puits de pétrole et de gaz expiré ou d’un puits de stockage de gaz nouvellement construit. Lorsque le système électrique ne produit pas suffisamment d’électricité, l’air comprimé est mélangé avec du pétrole ou du gaz naturel via un échangeur de chaleur et brûlé, puis introduit dans la turbine pour produire de l’électricité.

Le système CAES comprend principalement des composants clés tels que des générateurs, des compresseurs, des chambres de combustion, des chambres de stockage de gaz, des détendeurs et des moteurs électriques, et est divisé en deux processus : le stockage d'énergie et la libération d'énergie. Dans le processus de stockage d'énergie, des énergies renouvelables telles que l'énergie éolienne et l'énergie photovoltaïque sont utilisées pour amener le compresseur à comprimer l'air et à stocker l'air à haute pression dans la chambre de stockage de gaz ; dans le processus de libération d'énergie, l'air à haute pression dans la chambre de stockage de gaz entraîne le détendeur à produire de l'électricité.

Le stockage d'énergie par air comprimé peut être principalement divisé en deux processus de travail de base : le stockage d'énergie et la libération d'énergie :

Lors du stockage de l'énergie, le moteur entraîne le compresseur pour absorber l'air de l'environnement, le comprimer à un état haute pression et le stocker dans le dispositif de stockage de gaz. Dans ce processus, l’énergie électrique est convertie en énergie interne de l’air comprimé.

Lors de la libération d'énergie, l'air comprimé stocké dans le dispositif de stockage de gaz pénètre dans la turbine à air pour se dilater et produire de l'électricité. L'énergie interne et l'énergie potentielle contenues dans l'air comprimé sont reconverties en énergie électrique au cours de ce processus.

Le rôle du stockage d’énergie par air comprimé

1. Stockage d'énergie haute puissance

La puissance d’une seule unité peut atteindre des centaines de mégawatts et la puissance peut être ajustée en temps réel pendant le fonctionnement réel.

2. Stockage d'énergie à long terme

Un stockage d'énergie à long terme pour une planification quotidienne, hebdomadaire ou même saisonnière peut être réalisé.

3. Alimentation à long terme

Une alimentation électrique à long terme peut être obtenue en ajustant la puissance de sortie.

4. Stockage multi-énergie et approvisionnement multi-énergie

Les capacités de stockage et d’approvisionnement multi-énergies peuvent être combinées avec la chaleur résiduelle solaire, géothermique et industrielle en tant que centre énergétique pour les systèmes d’énergie propre.

Classification du stockage d'énergie par air comprimé et parcours technique Classification du stockage d'énergie par air comprimé

1. Stockage d'énergie à air comprimé à combustion supplémentaire

Principe de fonctionnement :

S'appuyant sur le cycle électrique du gaz, un brûleur est placé devant le détendeur du système de stockage d'énergie à air comprimé, et le gaz naturel et d'autres combustibles sont mélangés avec de l'air comprimé pour la combustion afin d'augmenter la température d'admission d'air du détendeur de turbine à air.

Caractéristiques techniques

Structure simple, maturité technique élevée, fonctionnement fiable des équipements, faible coût d'investissement, longue durée de vie et caractéristiques de réponse rapide similaires aux centrales à gaz ;

Dans le contexte actuel de développement vigoureux des énergies vertes et de contrôle des émissions de carbone, les émissions de carbone sont devenues son plus grand inconvénient.

2. Stockage adiabatique de l’énergie de l’air comprimé

Principe de fonctionnement

En augmentant le taux de compression à un étage du compresseur, une qualité supérieure d'énergie thermique comprimée est obtenue et stockée ; pendant le processus de libération d'énergie, la chaleur de compression stockée est utilisée pour chauffer l'air d'entrée du détendeur de turbine afin d'obtenir un stockage d'énergie de l'air comprimé sans avoir besoin de réapprovisionner en carburant. Selon les différentes températures de stockage de chaleur, elle peut être divisée en deux voies techniques : haute température (>400℃) et température moyenne (<400℃).

Caractéristiques techniques

Le stockage adiabatique de l'énergie par air comprimé à haute température présente des goulots d'étranglement techniques dans les technologies de compression à ultra haute température et de stockage de chaleur solide à haute température, ce qui les rend difficiles à réaliser ;

L'équipement clé du stockage d'énergie à air comprimé adiabatique à moyenne température a une technologie mature, un coût raisonnable, une forte stabilité et contrôlabilité du système, ainsi que la capacité de stockage multi-énergie et d'approvisionnement multi-énergie, ce qui est facile à réaliser une application d'ingénierie.

3. Stockage d'énergie à air comprimé isotherme

Principe de fonctionnement

La compression et la détente de l'air sont obtenues à l'aide d'un processus quasi-isotherme. Pendant le processus de compression, la chaleur de compression et l'énergie potentielle de pression sont séparées en temps réel, de sorte que l'air comprimé ne subisse pas une forte augmentation de température ; pendant le processus d'expansion, la chaleur de compression stockée est renvoyée à l'air comprimé en temps réel, de sorte que l'air comprimé ne subisse pas de chute de température importante.

Caractéristiques techniques

Les avantages du stockage d'énergie isotherme à air comprimé sont une structure de système simple et de faibles paramètres de fonctionnement, mais sa puissance installée est généralement faible, l'efficacité du stockage d'énergie est faible et le processus de compression isotherme et le processus d'expansion sont difficiles à réaliser. Il ne convient qu’aux scénarios de stockage d’énergie de petite capacité.

4. Stockage composite d'énergie à air comprimé non supplémentaire

Principe de fonctionnement

L'énergie solaire thermique, l'énergie géothermique et la chaleur résiduelle industrielle peuvent toutes répondre aux besoins de chauffage du système de stockage d'énergie à air comprimé pendant le processus d'expansion. Ce système qui réalise un stockage d'énergie à air comprimé non supplémentaire grâce à la combinaison de plusieurs systèmes énergétiques est appelé système composite de stockage d'énergie à air comprimé, et son principe de fonctionnement est similaire à celui du stockage d'énergie à air comprimé adiabatique.

Caractéristiques techniques

Le système composite de stockage d'énergie à air comprimé présente une forte capacité de stockage multi-énergie et d'approvisionnement multi-énergie, qui peut réaliser le stockage, la conversion et l'utilisation de diverses formes d'énergie, répondre à différentes formes de demande d'énergie et améliorer l'efficacité d'utilisation globale de énergie du système.

5. Stockage d'énergie à air liquéfié à froid profond

Principe de fonctionnement

Le stockage d’énergie à air liquéfié à froid profond est similaire au stockage d’énergie à air comprimé adiabatique en termes de compression, d’expansion et de stockage de chaleur. La différence est que le stockage d'énergie par air liquide ajoute un système de stockage à froid, qui comprend le refroidissement, la liquéfaction, la séparation, le stockage de l'air pendant le stockage d'énergie et la gazéification de l'air pendant la libération d'énergie.

Caractéristiques techniques

Le plus grand avantage est que l'air est stocké sous forme liquide à pression normale, avec une densité de stockage d'énergie élevée, ce qui peut réduire considérablement le volume du système de stockage de gaz et réduire la dépendance de la centrale électrique aux conditions du terrain. Cependant, en raison de l’ajout d’un système de stockage frigorifique, la structure du système est plus compliquée.