多能互补压缩空气储能电站的构想

　　多能互补集成优化作为新的能源发展方向，也是能源变革的发展趋势，已上升到国家战略层面高度。2016年7月，国家发改委、国家能源局《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》中明确提出将在“十三五”期间建成多项国家级终端一体化集成供能示范项目及国家级风光水火储多能互补示范工程。今年10月，国家能源局再次下发《关于促进储能产业与技术发展的指导意见》，这是我国大规模储能技术及应用发展的首个指导性政策，进一步深化和完善了多能互补集成优化+储能的能源发展模式。

　　优势初显

　　目前，国内具有代表性的一批多能互补集成优化示范工程项目均在建设当中，例如属于能源消费终端电热冷气一体化集成的多能互补示范工程，包括武汉未来科技城多能互补示范工程项目、合肥空港示范区多能互补示范工程项目和青岛中德生态园多能互补示范工程等；属于大型综合能源基地风光水火储多能互补示范工程，包括宁夏嘉泽新能源智能微电网项目（已投运）和青海龙羊峡水光互补项目（已投运）等，其能源高效利用的优势已初现。

　　在国外，欧洲地区太阳能与其他能源相结合使用较多，例如丹麦主要采用太阳能与生物质能联合应用，这种能源利用方式得到了丹麦政府的大力支持。另外，瑞典在太阳能与生物质能结合方面也取得了丰富的经验。德国的供暖方式之一是采用太阳能与燃气互补系统。

　　除了上述的多能互补之外，利用主要可再生能源多能互补+压缩空气储能生产电力，将是一种完全意义上的清洁绿色能源方式，也是多能互补方面的一个重要领域，最近由国家专利局授权的《一种海浪能、风能、太阳能联合利用发电站》为此做出了有益探索。

　　设计关键点

　　岸线地带是海浪能、风能、太阳能三大能源集中区域，具有得天独厚的自然可再生能源区位优势，为三大自然能源多能互补+储能利用开辟了无限的想象空间。海浪能、风能、太阳能多能互补压缩空气储能电站原理及主要组成部分包括海浪能部分、风能部分、太阳能及换热器、压缩空气储能部分、涡轮发电机及控制系统6部分组成。

　　海浪能部分通过海水的浮力及波浪传播原理，采用海面点浮式捕获海浪能量方式，在岸线近海(海深可选择4m—7m)设置框架群与海底固定，每个框架内设置浮筒，浮筒被限制在框架内并可沿框架随海浪做上下垂直运动；气缸、集气管固定在框架伸出海面以上的部分，气缸布置在框架中心，浮筒通过连杆与气缸相连接（连杆与气缸内活塞相连）；气缸上部设置出气单向阀与集气管相通，设置进气单向阀与外界大气相通；随着海浪的上下起伏，推动浮筒上下垂直运动，海浪从波谷向波峰上升阶段，浮筒受到海水浮力上升，气缸内空气被压缩压力增大，当压力值大于集气管中压力时，气缸出气单向阀打开向集气管输入压缩空气；海浪从波峰向波谷下降阶段，由于浮筒具有一定质量，带动连杆、活塞下行，气缸内空气压力值下降，气缸出气单向阀关闭，进气单向阀打开，外界大气进入气缸，为下次压缩做好准备；循环往复，外部大气被不断压缩进入集气管。

　　风能部分，风机分为水平轴风力机和垂直轴风力机两类，根据电站的特点，宜采用垂直轴风力机，通过自然风力吹动风力机扇叶旋转，带动风机轴旋转，通过一对伞齿轮将垂直扭矩传递给与之相连的水平布置的空压机轴，空压机将外界大气压缩，压缩空气进入集气管。空压机有很多形式，主要包括活塞往复式、叶片式、双螺杆等形式，双螺杆式空压机由于其输出压力平稳、寿命长等特点，可作为电站的首选。

　　太阳能部分，通过槽式太阳能集热管系统，将太阳能集热管中的传热介质（导热油）加热，被加热的传热介质通过换热器将集气管输入的涡轮机前压缩空气加热，使压缩空气进一步膨胀后喷入涡轮机。

　　压缩空气储能，系统中设置压缩空气储气罐，主要为在风力较小、海浪较低情况下，由风能、海浪能提供的压缩空气流量不足时，起到向系统中补充压缩空气的作用，以保证在一定时间内进入涡轮机的压缩空气达到设定流量和压强，保证电力输出的稳定、持续。为下个时段风力、海浪加大趋于正常值赢得时间，并再次将储能器充满。另外电站中的集气管，由于其管路较长、容积较大对压缩空气同样起到蓄能、稳流的作用。为增大储气罐压缩空气储量，可采用在进入储气罐前管道加装多级压缩机，利用自身发出的电力对压缩空气进行多级压缩，以获得较高压力值并存储。同时电站设计时要充分考虑结构的强度以抵御台风等恶劣天气的影响。

　　海浪能、风能、太阳能多能互补压缩空气储能电站有何优势？首先其原理、结构及设备简单，无任何复杂精密设备，降低工程造价，电力成本低。其次，能量采集范围面广量大，使能量更加趋于稳定，便于电力的大规模生产，解决了单一风力发电、太阳能光伏发电输出电力波动、断续及输出功率不能随负载变化得到控制等问题。第三，海岸线漫长，适合电站建设地点众多，并可作为离岸岛屿的分布式能源系统，可进一步实现冷、热、电三联产。第四，整个过程无任何污染，做到了清洁绿色环境友好。

　　潜力无限

　　我国是海洋大国，岸线长达18000多公里，特别是由于台湾海峡形成狭管效应，使东南沿海成为我国风能资源最佳的地区，风能又形成了较大的海浪，为电站建设提供了优良的自然条件。同时，沿岸地区经济发达，电力消耗量巨大，电网系统完善，多能互补电站的建设，可作为沿岸城市供电的补充，取代部分煤电，对环境保护具有重大现实意义，具有广阔的商业前景及社会效益。

　　电站具有向世界推广的巨大潜力，在地球表面，海洋面积占整个地球表面积的71%，陆地面积占总面积的29%，浩瀚的海洋、无尽的岸线为电站在世界范围推广奠定了基础。国外对可再生能源发电领域进行了长期的探索，但在海浪能、风能、太阳能三能联合发电方面鲜见其有理论或实验方面的报道，如果电站取得成功，将成为我国继深潜、高铁、可燃冰开采后走向世界的重大项目，赢得全球效益。

　　海浪能、风能、太阳能多能互补压缩空气储能电站，是一种纯粹意义上的多能互补集成优化利用可再生能源生产电力的解决方案，较完美诠释了多能互补集成优化+储能的理念，对于我国及世界由化石能源向可再生能源转型，将会产生深远的影响。

　　注：（《一种海浪能、风能、太阳能联合利用发电站》被国家知识产权局专利局授予实用新型专利，专利号：201621195933.1）。

　　（作者供职于唐山钢铁集团有限责任公司）