Воздушно-компрессорные накопители энергии

Данный способ накопления энергии запатентован в 1949 г., а первая установка сооружена в 1978 г. в Германии. В устройствах этого класса энергия накапливается за счёт упругости сжатого газа. При избытке электроэнергии компрессор с приводом от электродвигателя закачивает газ в емкость. Когда требуется использовать запасённую энергию, сжатый газ подаётся в обратимую пневмомашину с синхронной электрической машиной, работающей в режиме генератора либо в турбину или другое устройство, непосредственно выполняющее необходимую механическую работу. Имеется достаточно большое количество устройств небольшой мощности, напрямую использующих энергию сжатого воздуха (например, пневматическое оружие, пневматические тормозные устройства колесных средств передвижения, двигатели рудничных «воздуховозов» и др.).

Эта технология применительно к ЭЭС находится в самой начальной стадии освоения из-за присущих ей недостатков: низкий КПД (большие потери, до 30−40%, связанные с нагреванием газа в процессе компримирования; в режиме «хранение» тепло отдаётся окружающей среде); специальные требования к месту установки (наличие подземных пустот естественного или техногенного происхождения); сравнительно большое время реверса мощности (около 10 мин). Предложен ряд способов повышения эффективности воздушно-компрессорных накопителей энергии (ВКНЭ), которые реализуемы преимущественно в маломощных системах:

• 1. Совместное использование ВКНЭ с накопителями тепловой энергии (НТЭ) — поступающее от НТЭ тепло компенсирует уменьшение запаса энергии при охлаждении газа в процессе расширения.
• 2. Совместное использование ВКНЭ с обратимой гидромашиной, которая в режиме «заряд» работает как насос (от внешнего привода) и нагнетает в баллон с газом жидкость (обычно масло), с помощью которой сжимается газ, отделённый от жидкости свободным поршнем или мембраной, рис. 12.5. Повышению КПД при этом способствуют: меньшая степень расширения газа чем в «классических» ВКНЭ, высокий КПД гидравлической части системы.
• 3. Использование ВКНЭ для дооснащсния газотурбинных установок (ГТУ) и перевода последних из чисто генерирующих устройств в комбинированные (генерирующе-накопительные). ВКНЭ высвобождает мощность, потребляемую компрессором во время работы газовой турбины. При минимуме нагрузки в ЭЭС ГТУ работает на компрессор для закачки газа под давлением в специальные хранилища. В период прохождения максимума нагрузки сжатый воздух (при выключенном компрессоре) подается из хранилища в камеру сгорания ГТУ. Вся мощность энергокомплекса, которая превосходит мощность ГТУ примерно в 3 раза, используется для выработки электрической энергии.

Рис. 12.5. Совмещённая компоновка ВКНЭ и гидравлического устройства:

I — сжатый газ; 2- баллон; 3 — эластичная перегородка; 4 — жидкость;

5 — гидромашина; 6 — резервуар с жидкостью

В мировой энергетике известны всего две пилотные крупномасштабные системы, основанные на закачке сжатого воздуха в подземные резервуары.