中國儲能網(wǎng)訊：當前，全球能源模式正在加速變革，隨著我國“碳達峰、碳中和”目標的提出，電力系統(tǒng)迫切需要先進的大規(guī)模儲能技術來解決可再生能源接入問題，以提高電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)的效率、安全性及經(jīng)濟性。壓縮空氣儲能技術是目前唯一可對標抽水蓄能的長時儲能技術。
壓縮空氣儲能電站用離心壓縮機具有流量大、效率高、壓比高、溫升高、背壓變化大、頻繁啟停等特殊需求，與其他行業(yè)的壓縮機具有很大不同。2018年開始沈鼓集團針對儲能電站用離心壓縮機開展了深入研究，立足于設備的國產(chǎn)化和技術知識產(chǎn)權的自主化，突破關鍵技術及難點。并由沈陽鼓風機集團齒輪壓縮機有限公司為主要牽頭單位完成了該研發(fā)項目的首臺套樣機——60MW非補燃式壓縮空氣儲能電站壓縮機組的研制工作，該機組研制成功后，應用于江蘇金壇60MW/300MWh鹽穴壓縮空氣儲能發(fā)電國家示范項目。
項目整體流程工藝為根據(jù)電網(wǎng)調(diào)峰需求隨儲隨發(fā)，在用電低谷時壓縮機壓縮空氣到一定壓力存儲到儲氣系統(tǒng)當中，在用電高峰時，釋放高壓空氣，與壓縮過程產(chǎn)生的熱量進行熱量交換，推動膨脹機發(fā)電，進而達到用電調(diào)峰的作用。因此該套機組既滿足壓縮機段間排氣溫度處于高溫狀態(tài)，有利于壓縮熱高效儲存；又需滿足壓縮機注氣過程的寬背壓調(diào)節(jié)需求，壓縮機出口處于高壓狀態(tài)。根據(jù)以上要求，沈陽鼓風機集團齒輪壓縮機有限公司設計了多機串聯(lián)實現(xiàn)高壓力儲能的多軸離心壓縮機組系統(tǒng)，適用于頻繁啟停工況要求。通過該機組的實際應用優(yōu)化壓縮空氣儲能電站用離心壓縮機工程技術方案，驗證相關技術及裝備制造能力，促進相關產(chǎn)業(yè)標準體系的建設，對鹽穴儲氣壓縮空氣儲能系統(tǒng)的能效提升以及未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關重要。
在儲能電站用離心壓縮機關鍵技術的開發(fā)過程中，沈鼓集團開發(fā)出儲能系列模型級并優(yōu)化了機組氣動設計方案，滿足了機組儲壓、儲熱、高效和調(diào)節(jié)范圍寬的要求。同時研究機組抗疲勞設計方法及高壓壓縮機轉子穩(wěn)定性計算方法，滿足了機組重復啟停萬次的使用壽命要求。
該項目采用的多軸齒輪增速型離心壓縮機可以實現(xiàn)多轉速運行，每個葉輪都可以處于最佳效率點，機組本身具有效率高的優(yōu)點；此外通過分析儲能系統(tǒng)熱力性能，根據(jù)系統(tǒng)工作過程，針對多級壓縮、段間冷卻并存儲壓縮熱、儲氣放氣，再熱膨脹釋能等多個過程過別建立其熱力學計算模型，同時建立系統(tǒng)總效率與單元部件關鍵參數(shù)的關聯(lián)關系，最終通過多次熱力平衡迭代優(yōu)化和數(shù)值模擬分析，找到壓縮機最優(yōu)工藝方案，確保系統(tǒng)電-電轉化效率達到60%以上。
由于該壓縮機啟動到儲氣前以及卸載退出儲氣管網(wǎng)停車前的功耗均屬無用功耗，因此對壓縮機啟動、加載、卸載停車的時間的控制是提高電站電電轉換效率的重點研究內(nèi)容。沈鼓研發(fā)團隊為此構建了智能仿真控制系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)充分利用物理、工藝、機械模型，集成多變量、多數(shù)據(jù)，在虛擬模型中完成整個空氣儲能裝置的完整映射，從而反映儲能壓縮機組的全生命周期過程。并利用該仿真系統(tǒng)技術對各過程進行優(yōu)化，解決了多參量之間的耦合問題，實現(xiàn)了機組的全自動控制，滿足了機組啟停加載總時長不超過30min的特殊技術要求。
葉輪作為壓縮機核心做功部件受到高轉速服役下的離心力和氣動交變載荷作用力，機組的高頻次啟停需求，決定了葉輪從室溫到400℃區(qū)間的365次/年的熱機械疲勞和高溫蠕變性能是材料選擇的必要條件，同時，中高溫度段服役機組葉輪數(shù)量多，材質硬度高難加工，必須開發(fā)高質高效加工工藝。沈鼓研發(fā)團隊選擇了適合此特殊應用場合的新型葉輪材料，并為此創(chuàng)建了難切削材質葉輪適配加工工藝體系，解決了中高溫服役葉輪高質高效加工難題。突破了新型材料葉輪加工技術瓶頸，實現(xiàn)了產(chǎn)品的高性能和經(jīng)濟性。
壓縮空氣儲能電站用壓縮機的成功研制，解決了壓縮空氣儲能電站核心動力設備開發(fā)的難題，是壓縮空氣儲能技術研發(fā)和應用的重要里程碑。對促進我國能源轉型和構建新型電力系統(tǒng)意義重大，為我國壓縮空氣儲能乃至能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強有力支撐，助推了我國壓縮空氣儲能技術的國際領先地位。
目前，沈鼓研發(fā)的壓縮空氣儲能電站用離心壓縮機關鍵技術已累計應用到多個壓縮空氣儲能電站項目。
2019年，沈鼓集團為江蘇金壇60MW/300MWh鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目，提供了壓縮側系統(tǒng)解決方案，金壇電站是世界首個非補燃壓縮空氣儲能電站。自并網(wǎng)以來，已響應電網(wǎng)調(diào)度共完成了560余次儲發(fā)，實現(xiàn)累積調(diào)峰電量1.9億千瓦時，推動了我國壓縮空氣儲能行業(yè)的發(fā)展。
2021年，沈鼓為中國長江三峽集團-烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲一體化”空氣儲能示范項目提供壓縮側系統(tǒng)解決方案，該項目在風電、光電等用于新能源消納且需要寬范圍調(diào)節(jié)的源側壓縮空氣儲能領域，具有重要的示范作用和意義。
2023年，沈鼓集團為中國綠發(fā)投資建設的青海格爾木60MW/600MWh液態(tài)空氣儲能項目提供優(yōu)異的壓縮側系統(tǒng)解決方案，建成后將成為液態(tài)空氣儲能領域發(fā)電功率世界第一、儲能規(guī)模世界最大的示范項目。
2024年，沈鼓集團為江蘇國信蘇鹽(淮安)2×250MW級壓縮空氣儲能項目提供壓縮側系統(tǒng)解決方案，該項目采用“三元鹽”和“壓力水”作為儲熱介質，整個儲能系統(tǒng)轉換效率達到國內(nèi)領先水平。
