تكنولوجيا تخزين طاقة الهواء المضغوط

الهواء المضغوط تخزين الطاقة يستخدم الكهرباء الزائدة من نظام الطاقة خلال فترة التحميل المنخفضة. يتم تشغيل ضاغط الهواء بواسطة محرك كهربائي لضغط الهواء إلى كهف مغلق كبير السعة تحت الأرض كغرفة تخزين الغاز. ويمكن أن يكون أيضًا منجمًا مهجورًا، أو خزان غاز تحت الماء غارقًا، أو كهفًا، أو بئرًا للنفط والغاز منتهية الصلاحية، أو بئرًا لتخزين الغاز تم بناؤه حديثًا. عندما يقوم نظام الطاقة بتوليد كهرباء غير كافية، يتم خلط الهواء المضغوط بالزيت أو الغاز الطبيعي من خلال مبادل حراري ويتم حرقه، ثم يتم إدخاله في التوربين لتوليد الكهرباء.

يتضمن نظام CAES بشكل أساسي مكونات رئيسية مثل المولدات والضواغط وغرف الاحتراق وغرف تخزين الغاز والموسعات والمحركات الكهربائية، وينقسم إلى عمليتين: تخزين الطاقة وإطلاق الطاقة. في عملية تخزين الطاقة، يتم استخدام الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية لتشغيل الضاغط لضغط الهواء وتخزين الهواء عالي الضغط في غرفة تخزين الغاز؛ في عملية إطلاق الطاقة، يقوم الهواء عالي الضغط الموجود في غرفة تخزين الغاز بتشغيل الموسع لتوليد الكهرباء.

يمكن تقسيم تخزين طاقة الهواء المضغوط بشكل أساسي إلى عمليتين عمل أساسيتين: تخزين الطاقة وإطلاق الطاقة:

عند تخزين الطاقة، يقوم المحرك بتشغيل الضاغط لامتصاص الهواء من البيئة، وضغطه إلى حالة الضغط العالي، وتخزينه في جهاز تخزين الغاز. وفي هذه العملية يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة داخلية للهواء المضغوط.

عند إطلاق الطاقة، يدخل الهواء المضغوط المخزن في جهاز تخزين الغاز إلى توربينات الهواء للتوسع وتوليد الكهرباء. يتم تحويل الطاقة الداخلية والطاقة الكامنة الموجودة في الهواء المضغوط مرة أخرى إلى طاقة كهربائية في هذه العملية.

دور تخزين طاقة الهواء المضغوط

1. تخزين الطاقة عالية الطاقة

يمكن أن تصل قوة الوحدة الواحدة إلى مئات الميغاواط، ويمكن تعديل الطاقة في الوقت الفعلي أثناء التشغيل الفعلي.

2. تخزين الطاقة على المدى الطويل

يمكن تحقيق تخزين الطاقة على المدى الطويل للجدولة اليومية أو الأسبوعية أو حتى الموسمية.

3. إمدادات الطاقة على المدى الطويل

يمكن تحقيق مصدر طاقة طويل المدى عن طريق ضبط طاقة الخرج.

4. تخزين الطاقة المتعددة وإمدادات الطاقة المتعددة

يمكن الجمع بين قدرات تخزين وإمداد الطاقة المتعددة مع الطاقة الحرارية الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية وحرارة النفايات الصناعية كمركز للطاقة لأنظمة الطاقة النظيفة.

تصنيف تخزين طاقة الهواء المضغوط والمسار الفني تصنيف تخزين طاقة الهواء المضغوط

1. الاحتراق التكميلي لتخزين طاقة الهواء المضغوط

مبدأ العمل:

بالاعتماد على دورة طاقة الغاز، يتم وضع الموقد أمام موسع نظام تخزين الطاقة بالهواء المضغوط، ويتم خلط الغاز الطبيعي وأنواع الوقود الأخرى مع الهواء المضغوط للاحتراق لزيادة درجة حرارة سحب الهواء لموسع توربين الهواء.

الميزات التقنية

هيكل بسيط، ونضج تقني عالي، وتشغيل موثوق للمعدات، وتكلفة استثمار منخفضة، وعمر خدمة طويل، وخصائص استجابة سريعة مماثلة لمحطات توليد الطاقة بالغاز؛

في السياق الحالي لتطوير الطاقة الخضراء بقوة والسيطرة على انبعاثات الكربون، أصبحت انبعاثات الكربون أكبر عيب لها.

2. تخزين طاقة الهواء المضغوط الأديباتيكي

مبدأ العمل

من خلال زيادة نسبة الضغط أحادية المرحلة للضاغط، يتم الحصول على درجة أعلى من الطاقة الحرارية المضغوطة وتخزينها؛ أثناء عملية إطلاق الطاقة، يتم استخدام حرارة الضغط المخزنة لتسخين الهواء الداخل لموسع التوربين لتحقيق تخزين طاقة الهواء المضغوط دون الحاجة إلى تجديد الوقود. وفقًا لدرجات حرارة تخزين الحرارة المختلفة، يمكن تقسيمها إلى طريقتين فنيتين: درجة الحرارة العالية (> 400 درجة مئوية) ودرجة الحرارة المتوسطة (<400 درجة مئوية).

الميزات التقنية

يحتوي تخزين طاقة الهواء المضغوط ذو درجة الحرارة العالية على اختناقات فنية في ضغط درجات الحرارة العالية للغاية وتقنيات تخزين الحرارة الصلبة ذات درجة الحرارة العالية، مما يجعل تحقيقها صعبًا؛

المعدات الرئيسية لتخزين طاقة الهواء المضغوط الأدياباتي ذو درجة الحرارة المتوسطة لديها تكنولوجيا ناضجة، وتكلفة معقولة، واستقرار نظام قوي وإمكانية التحكم، وقدرة تخزين متعدد الطاقة وإمدادات متعددة الطاقة، وهو أمر سهل لتحقيق التطبيق الهندسي.

3. تخزين طاقة الهواء المضغوط متساوي الحرارة

مبدأ العمل

يتم تحقيق ضغط الهواء وتوسيعه باستخدام عملية شبه متساوية الحرارة. أثناء عملية الضغط، يتم فصل حرارة الضغط والطاقة الكامنة للضغط في الوقت الفعلي، بحيث لا يتعرض الهواء المضغوط لارتفاع كبير في درجة الحرارة؛ أثناء عملية التمدد، يتم تغذية حرارة الضغط المخزنة مرة أخرى إلى الهواء المضغوط في الوقت الفعلي، بحيث لا يتعرض الهواء المضغوط لانخفاض كبير في درجة الحرارة.

الميزات التقنية

تتمثل مزايا تخزين طاقة الهواء المضغوط متساوي الحرارة في بنية النظام البسيطة ومعلمات التشغيل المنخفضة، ولكن الطاقة المركبة لها صغيرة بشكل عام، وكفاءة تخزين الطاقة منخفضة، ويصعب تحقيق عملية الضغط متساوي الحرارة وعملية التوسع. إنها مناسبة فقط لسيناريوهات تخزين الطاقة ذات السعة الصغيرة.

4. تخزين طاقة الهواء المضغوط غير التكميلي المركب

مبدأ العمل

يمكن للطاقة الحرارية الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية وحرارة النفايات الصناعية أن تلبي احتياجات التدفئة لنظام تخزين طاقة الهواء المضغوط أثناء عملية التوسع. هذا النظام الذي يحقق تخزين طاقة الهواء المضغوط غير الإضافي من خلال الجمع بين أنظمة الطاقة المتعددة يسمى نظام تخزين طاقة الهواء المضغوط المركب، ومبدأ عمله مشابه لمبدأ تخزين طاقة الهواء المضغوط الأديباتي.

الميزات التقنية

يتمتع نظام تخزين طاقة الهواء المضغوط المركب بقدرة قوية على تخزين الطاقة المتعددة وإمدادات الطاقة المتعددة، والتي يمكنها تحقيق تخزين وتحويل واستخدام أشكال الطاقة المختلفة، وتلبية أشكال مختلفة من الطلب على الطاقة، وتحسين كفاءة الاستخدام الشامل طاقة النظام.

5. تخزين طاقة الهواء المسال البارد العميق

مبدأ العمل

يشبه تخزين طاقة الهواء المسال العميق البارد تخزين طاقة الهواء المضغوط الأديباتي من حيث الضغط والتمدد وتخزين الحرارة. الفرق هو أن تخزين طاقة الهواء السائل يضيف نظام تخزين بارد، والذي يتضمن التبريد والتسييل والفصل وتخزين الهواء أثناء تخزين الطاقة وتغويز الهواء أثناء إطلاق الطاقة.

الميزات التقنية

الميزة الأكبر هي أن الهواء يتم تخزينه في صورة سائلة عند الضغط العادي، مع كثافة تخزين طاقة عالية، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من حجم نظام تخزين الغاز ويقلل من اعتماد محطة الطاقة على ظروف التضاريس. ومع ذلك، نظراً لإضافة نظام التخزين البارد، فإن هيكل النظام أكثر تعقيداً.