El papel del almacenamiento de energía en aire comprimido y su estado de desarrollo

Composición y principio de funcionamiento del sistema de aire comprimido

La tecnología de almacenamiento de energía de aire comprimido se considera otra tecnología potencial de almacenamiento de energía a gran escala, además de las centrales eléctricas de acumulación por bombeo. El sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido se compone principalmente de compresor, almacenamiento de gas, sistema de recuperación de calor, sistema de almacenamiento de calor, expansor y generador.

Al almacenar la energía, utilice electricidad de bajo valle o energía renovable para accionar el compresor para comprimir el aire a un estado de alta presión y almacenarlo en la cámara de almacenamiento de aire, y al mismo tiempo recupere y almacene el calor de compresión generado durante el proceso de compresión a través del sistema regenerativo;

Al liberar energía, el aire a alta presión sale de la cámara de almacenamiento de aire para impulsar el expansor y generar electricidad, y al mismo tiempo, el calor de compresión almacenado se utiliza para calentar el aire a alta presión que entra en el expansor, sin combustión suplementaria de combustible, y todo el proceso carece de combustión y tiene cero emisiones.

El papel y la importancia del almacenamiento de energía en aire comprimido

En febrero de este año, el almacenamiento de energía por aire comprimido se mencionó 9 veces en el nuevo plan de implementación del desarrollo del almacenamiento de energía publicado por la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y la Administración Nacional de Energía.

Se señala que para 2025, el nuevo almacenamiento de energía ha entrado en la etapa de desarrollo a gran escala desde la etapa inicial de comercialización, y tiene las condiciones para la aplicación comercial a gran escala, y la tecnología de almacenamiento de energía de aire comprimido de 100 megavatios realizará la aplicación de ingeniería; Explorar activamente el modelo de desarrollo comercial, reducir gradualmente el costo del almacenamiento de energía, y llevar a cabo demostraciones piloto de almacenamiento de energía a gran escala.

En la construcción de nuevos sistemas eléctricos, el almacenamiento de energía en aire comprimido tiene una amplia gama de usos en el lado del suministro eléctrico, en el lado de la red y en el lado del usuario. En el escenario de aplicación del almacenamiento de energía en el lado del suministro eléctrico, la central eléctrica de almacenamiento de energía de aire comprimido participa en servicios auxiliares como la regulación de picos y la regulación de frecuencia como principal escenario de aplicación.

En el escenario de aplicación del almacenamiento de energía en el lado de la red, los usos de la central eléctrica de almacenamiento de energía de aire comprimido incluyen principalmente la regulación de picos y la regulación de frecuencia, el arranque en negro, el alivio de la congestión de la transmisión y la distribución, el retraso de la inversión en equipos de transmisión y distribución, y la mejora de la fiabilidad del suministro eléctrico, etc., y desempeñan un papel a la hora de garantizar la red de fondo.

En el escenario de aplicación del almacenamiento de energía del lado del usuario, la central de almacenamiento de energía de aire comprimido se basa en satisfacer las necesidades de los usuarios para reducir los costes de electricidad y mejorar la fiabilidad de la electricidad. Puede incluir escenarios de gestión de los costes de la electricidad basados en los precios máximos y mínimos de la electricidad, y participar en escenarios de mercado de servicios auxiliares, etc.

Estado de desarrollo del almacenamiento de energía en aire comprimido

En 2014, la Universidad Tsinghua y otras unidades construyeron un proyecto de demostración de almacenamiento de energía de aire comprimido de combustión no suplementaria de 500 kilovatios en Wuhu (Anhui), con una eficiencia del sistema de unos 40%. El Instituto de Ingeniería Termofísica de la Academia China de las Ciencias ha construido un proyecto de demostración de un sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido supercrítico de combustión no suplementaria de 1,5 megavatios en Langfang (Hebei). La eficiencia del sistema de almacenamiento de energía es de unos 52%. En 2016, se construyó una plataforma de demostración de almacenamiento de energía de aire comprimido de 10 megavatios en Bijie, Guizhou, con una eficiencia operativa nominal de 60,2%.

En la comercialización de centrales de almacenamiento de energía por aire comprimido

En la actualidad, los proyectos que se han conectado a la red incluyen principalmente la central eléctrica de almacenamiento de energía en aire comprimido de Jiangsu Jintan Salt Cave, proyecto de demostración nacional de fase I de 60 MW/300 MWh, la central eléctrica de demostración de fase I de 10 MW de almacenamiento avanzado de energía en aire comprimido de Shandong Feicheng Salt Cave, el primer proyecto de demostración nacional de almacenamiento avanzado de energía en aire comprimido de 100 MW/400 MWh de Hebei Zhangjiakou International, etc.

Entre ellos, la eficiencia del sistema del proyecto avanzado de almacenamiento de energía de aire comprimido de 100 MW/400 MWh de Zhangjiakou, Hebei, alcanzó los 70,4%, alcanzando el nivel internacional más alto. En la actualidad, la central eléctrica de almacenamiento de energía de aire comprimido de China se encuentra todavía en la fase inicial de desarrollo comercial, y entre las principales limitaciones se incluyen:

● La ubicación adecuada del almacenamiento de gas es limitada

El almacenamiento de gas natural en cavernas de sal es la primera opción para el almacenamiento subterráneo de gas a alta presión en el mundo debido a sus notables ventajas, como la estanqueidad y la buena economía. Algunas zonas de Guangdong y los "Tres Norte", con una enorme capacidad instalada de energía fotovoltaica y eólica y una demanda urgente de almacenamiento de energía a gran escala, carecen de estratos de roca salina adecuados para la construcción de almacenamiento subterráneo de gas en cavernas de sal.

● Los costes de almacenamiento del gas artificial son elevados

Además de los espacios subterráneos naturales, como las cavernas de sal, la excavación artificial del almacenamiento de gas en cavernas de roca dura es una alternativa ideal para el almacenamiento de gas. Su coste de construcción integral es relativamente elevado, y aún se encuentra en fase de demostración comercial.

● La política de precios de la electricidad no está clara

En la actualidad, China no ha publicado un documento de política de apoyo para el precio en red de las centrales de almacenamiento de energía de aire comprimido, y el mecanismo de fijación de precios de las centrales de almacenamiento de energía de aire comprimido se encuentra todavía en fase de exploración, lo que también afecta en cierta medida a la disposición a invertir.

Almacenamiento de energía en aire comprimido Selección de emplazamientos de almacenamiento subterráneo de gas

La selección y la ubicación del almacenamiento subterráneo de gas es la cuestión principal y el requisito previo para la planificación y el diseño de centrales eléctricas de almacenamiento de energía de aire comprimido a gran escala. El almacenamiento subterráneo de gas para almacenamiento de energía de aire comprimido debe cumplir los requisitos técnicos de alta resistencia a la presión (nivel de 10 MPa), buena estanqueidad al aire, buena estabilidad geológica y resistencia a la tensión alterna de fatiga.

Las cavernas subterráneas de sal tienen las ventajas naturales de un gran volumen, buena estanqueidad y gran estabilidad, que pueden proporcionar excelentes condiciones de almacenamiento de gas para el almacenamiento de energía por aire comprimido, y son la primera opción para el almacenamiento subterráneo de gas por aire comprimido. Además, otros espacios subterráneos, como las minas abandonadas y el almacenamiento artificial subterráneo de gas, también son opciones viables para el almacenamiento subterráneo de gas.

En el caso de las minas abandonadas, los pozos y las calzadas abandonados tienen potencial para ser utilizados como almacenamiento subterráneo de gas tras su transformación. Sin embargo, tomando como ejemplo los pozos de minas de carbón abandonadas y las calzadas ampliamente existentes, su utilización adolece de falta de estabilidad espacial. Hay una serie de problemas, como el riesgo de derrumbe de la calzada y de hundimiento del terreno, la dificultad de tratamiento de las aguas subterráneas causada por la gran profundidad de enterramiento y la eliminación de gases nocivos, como el gas de mina de carbón.