壓縮空氣地下咸水含水層儲能技術(shù)*

胡賢賢，張可霓，郭朝斌

（同濟(jì)大學(xué)，上海 201804）

壓縮空氣地下咸水含水層儲能技術(shù)*

胡賢賢，張可霓?，郭朝斌

（同濟(jì)大學(xué)，上海 201804）

能源危機(jī)和溫室效應(yīng)促進(jìn)了可再生能源的利用，儲能技術(shù)是解決太陽能、風(fēng)能波動問題的重要手段。壓縮空氣儲能（Compressed Air Energy Storage, CAES）技術(shù)是僅次于抽水蓄能的第二大蓄能技術(shù)。目前CAES多是通過洞穴實現(xiàn)，其主要缺點是對地質(zhì)要求較高，合適的洞穴數(shù)量有限，為擴(kuò)大其應(yīng)用，可使用地下咸水含水層作為儲層。本文介紹了 CAES電站的工作原理、優(yōu)缺點及各國的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了利用地下咸水含水層進(jìn)行壓縮空氣儲能的可行性、優(yōu)點及一些問題與技術(shù)方法，如儲層內(nèi)殘余烴的影響、氧化與腐蝕作用、顆粒的影響及緩沖氣的選擇，表明含水層CAES將是拓寬CAES應(yīng)用的重要途徑。

壓縮空氣；儲能；孔隙介質(zhì)；咸水含水層

0 前 言

隨著社會的發(fā)展，人類對能源的需求量越來越大，傳統(tǒng)的化石燃料作為非可再生能源隨著人類的不斷消耗已經(jīng)日益減少，同時這些化石燃料燃燒過程排放出大量的CO2等溫室氣體造成了全球氣候變暖等問題。為緩解能源危機(jī)、減少環(huán)境污染，人類開始不斷開發(fā)諸如太陽能、風(fēng)能等可再生資源。這類資源具有儲量大、污染少、可再生等優(yōu)點，但在利用過程中存在一個關(guān)鍵性問題：這些可再生能源往往具有很大的波動性且難以與用戶能量需求波動保持一致。比如在用電低谷時段往往是風(fēng)力機(jī)出力最大的時段，發(fā)電量與用電量無法保持一致。因此借助儲能裝置來抑制風(fēng)電等系統(tǒng)的波動性，使其變得“可控、可調(diào)”是充分利用可再生能源的關(guān)鍵[1]。

另外，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化、人民生活水平的提高、民用和商業(yè)用電比重上升等原因使得用電峰谷差越來越大[2]，調(diào)峰問題已成為電網(wǎng)運行中的主要問題，部分電網(wǎng)已出現(xiàn)拉閘限電的局面，這在一定程度上也推動了儲能技術(shù)的發(fā)展。合適的蓄能方式可以對電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷，保障電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。

目前存在的主要儲能方式包括抽水蓄能（Pumped Hydro Storage, PHS）、壓縮空氣蓄能、天然氣蓄能、液流電池蓄能、燃料電池蓄能、飛輪蓄能、超級電容蓄能等[3]，在所有的儲能方式中能夠以發(fā)電廠的發(fā)電功率級別（一般為數(shù)百MW級別）連續(xù)數(shù)小時供能的方式只有PHS和CAES，各類蓄能總量中，PHS大約占99%[4]，CAES占0.5%，其他儲能方式占0.5%。但建造抽水蓄能電站需要有充沛的水源及較大的水位落差，受地理條件的影響很大，很多地區(qū)并不具備建造抽水蓄能電站的條件。CAES作為第二大儲能方式同 PHS相比，在投資費用上并不比它高，儲能效率相差也不大，因而發(fā)展空間巨大。目前適宜進(jìn)行壓縮空氣儲能的地下空洞主要有鹽巖溶腔、硬巖洞、孔隙儲層（如地下含水層等）[5]17以及廢棄礦道等。目前已經(jīng)運行的 CAES電站都是采用洞穴作為儲層，其氣密性好，最為合適。但合適的洞穴受到地理條件的限制，可以用于建造CAES系統(tǒng)的洞穴數(shù)量有限，如果沒有合適的洞穴而要依靠人工改造或者建造儲氣罐會使成本大大增加。同利用洞穴儲存壓縮空氣相比，使用含水層作為儲層，不僅在地質(zhì)條件上更容易獲得，成本還可以進(jìn)一步降低，盡管目前關(guān)于含水層壓縮空氣儲能過程中的一些細(xì)節(jié)問題及其效率和遇到的挑戰(zhàn)仍沒有得到充分研究，但隨著對風(fēng)能等可再生能源利用技術(shù)的不斷發(fā)展，使用含水層作為壓縮空氣儲層必將受到越來越多的關(guān)注。由于良好的地下水資源的緊缺，地下咸水層的應(yīng)用對于含水層儲能技術(shù)的發(fā)展更有意義。另外，根據(jù)我國地質(zhì)的基本情況，東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)地下廣泛分布高滲透的含水層，這對開展含水層儲能提供了良好的條件。

1 CAES電站簡介

1.1 CAES電站的工作原理

壓縮空氣儲能電站的工作原理如圖1所示。

CAES電站整個運行過程分兩部分，即儲能和發(fā)電兩步[7]。在用電低谷時，系統(tǒng)處于儲能階段，此時從火電廠及風(fēng)電廠等發(fā)出的多余電量用于驅(qū)動壓縮機(jī)將空氣壓縮至儲氣裝置中；而在用電高峰時，系統(tǒng)處于發(fā)電階段，此時儲存在儲氣裝置中的壓縮空氣被釋放出來進(jìn)入燃燒室中參與燃燒以驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。由于在發(fā)電過程中不再需要消耗額外的功以驅(qū)動空氣壓縮機(jī)來產(chǎn)生壓縮空氣，相較于傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，可以節(jié)省約 1/3的燃料或使發(fā)電機(jī)的功率提升1倍以上[8]。

1.2 CAES電站的優(yōu)缺點

同抽水儲能電站相比，CAES電站具有大部分與其相同的優(yōu)點，如儲能容量大、放電時間長、啟動時間短等。此外，CAES電站還具有以下優(yōu)勢：

（1）污染物排放量為同容量燃?xì)廨啓C(jī)的1/3，對環(huán)境的影響較小，有利于環(huán)保。

（2）CAES電站采用的介質(zhì)為清潔的空氣，能夠減小對管道及設(shè)備的腐蝕，因而運行維護(hù)費用低[9]。

（3）安全和可靠性能高。CAES電站使用的原料為空氣，不會燃燒，沒有爆炸的危險，不會產(chǎn)生任何有毒有害氣體[10]。

（4）熱耗率小，緩變率高。CAES電站通過調(diào)節(jié)空氣流量來調(diào)節(jié)輸出功率，因而在部分負(fù)荷運行時熱利用更充分，熱耗率小，美國Mcintosh電站的緩變率為18 MW/min，可在6 min達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)。

（5）儲能效率高。CAES電站帶有燃?xì)廨啓C(jī)，目前評價其儲能效率的方法主要有兩種，分別為：

式中，ET為燃?xì)廨啓C(jī)所發(fā)出的電能，EF為進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的天然氣的熱能，EM為空氣壓縮機(jī)所消耗的電能，ηNG為傳統(tǒng)燃?xì)怆姀S的發(fā)電效率[5]39。

當(dāng)ηNG的值取 47.6%時，ηRT,1的值為 77%～89%，ηRT,2的值為 66%，而 PHS的儲能效率約為74%，釩液流電池的儲能效率約為 75%[11]，均在CAES儲能效率范圍之內(nèi)。

但同時，現(xiàn)有的CAES電站也存在一些缺點，如對建設(shè)場地的地理條件有特殊要求，需要使用燃?xì)獾取?/p>

1.3 國內(nèi)外CAES電站簡介

目前世界上已建成并投入運行的CAES電站主要有兩座，分別為德國290 MW的Huntorf電站和美國阿拉巴馬州110 MW的Mcintosh電站。這兩座電站在壓縮空氣儲能方面積累了豐富的經(jīng)驗。

Huntorf電站利用位于地下600 m的廢棄礦井來儲存壓縮空氣，功率為290 MW，該廠每天運行一個周期，充電時間為8 h，放電時間為2 h。

Mcintosh電站利用位于地下450 m、直徑80 m的巖鹽溶腔來儲存壓縮空氣，鹽巖具有較好的溶解性，通過向巖層中注水可將其溶解，再將水抽出地面后便可形成空腔并最終達(dá)到設(shè)計的容積[9]。該電站功率為110 MW，儲存的壓縮空氣量為5.6×105m3，可供機(jī)組運行26 h。

Huntorf和 Mcintosh電站均采用鹽巖地層的儲氣洞，其主要問題是要防止洞中的鹽類物質(zhì)進(jìn)入汽輪機(jī)對葉片造成破壞。為此，在距離地表約80 m處設(shè)置螺旋狀的焊接抽氣井管，井管材料為鍍膜、襯里的合成防銹材料[12]。

日本已在 2001年投入運行了砂川盯壓縮空氣儲能示范項目，該項目位于北海道的空知郡，輸出功率為2 MW。由于缺乏鹽巖結(jié)構(gòu)的地層，壓縮空氣儲存在位于地下約450 m的廢棄煤礦坑中并且在空洞內(nèi)壁采用橡膠里襯密封，考慮到該技術(shù)較為昂貴，目前日本正在全力探索采用水封方式建造儲氣洞[8]。其機(jī)組發(fā)電時間為4 h，壓縮空氣充氣時間為10 h，空氣壓力為變壓式[13]。

然而，在國外已是相對成熟的壓縮空氣儲能技術(shù)在我國仍頗為陌生，幾乎沒有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，甚至連理論研究都很少。我國的空氣壓縮儲能技術(shù)起步較晚，目前尚無實際運行的壓縮空氣儲能站。2007年中國科學(xué)院工程熱物理研究所與英國高瞻公司、利茲大學(xué)等單位共同開發(fā)了液化空氣儲能系統(tǒng)，并成功運行了一個2 MW級的示范系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)CAES系統(tǒng)需要大型儲氣室的問題。2009年中國科學(xué)院工程熱物理研究所首次在國際上提出并研發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)。該技術(shù)綜合了常規(guī)CAES系統(tǒng)和液化空氣儲能系統(tǒng)的優(yōu)點，第一個1.5 MW的示范系統(tǒng)于2011年初開工建設(shè)并于2013年通過專家組驗收。

2 使用含水層作為CAES 系統(tǒng)地下儲層

2.1 使用含水層進(jìn)行壓縮空氣儲能的可行性

目前運行的壓縮空氣儲能電站均采用洞穴來儲氣，如Huntorf和Mcintosh電站的壓縮空氣儲層都建在地下洞穴中。使用含水層作為壓縮空氣儲層尚未在實際中得到應(yīng)用，但自1915年開始利用孔隙儲層（如地下含水層等）儲存天然氣技術(shù)已經(jīng)得到實施，目前在天然氣儲存工業(yè)中，超過95%的天然氣被儲存在孔隙儲層中，天然氣儲存技術(shù)已得到充分的發(fā)展。盡管天然氣和空氣在物理及化學(xué)特性方面存在差異且二者的儲存周期也不同，利用孔隙儲層存儲天然氣的一些技術(shù)及經(jīng)驗仍可以直接用于利用含水層儲存壓縮空氣中。另外，1980年美國能源部曾開展過一個廣泛的CAES研究計劃，該研究計劃在美國伊利諾伊州的匹茲菲爾德（Pittsfield）開展了向某含水層注入和抽提空氣的試驗來驗證利用含水層進(jìn)行壓縮空氣儲能的可行性。試驗結(jié)果確認(rèn)了之前的預(yù)想，即空氣注入到含水層中可形成一個大的氣囊，并且可以以一定速率再將空氣抽出來以利用已儲存的能量，如果選址和操作適當(dāng)可避免含水層中抽氣時因井附近的壓力降低而造成的水面抬升情況。一般而言，對于含水層CAES系統(tǒng)，緊接儲層之上的蓋層巖層必須是基本不滲透的，巖層厚度要足夠厚且毛細(xì)突破壓也要足夠大，以防止空氣從儲層中滲漏，而儲層的滲透性和孔隙度要好，如圖2所示。

判斷某一地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)是否適合壓縮空氣儲能需要從滲透率、孔隙度及蓋層特性等方面來考慮（見表 1）。表中VR/VS表示含水層儲層中可用孔隙的總體積與 CAES系統(tǒng)正常運行所需的儲層體積之比，h/H表示充分發(fā)展的氣泡厚度與儲層的厚度之比。

圖2 含水儲層示意圖[14]Fig. 2 The schematic diagram of the aquifer reservoir

表1 含水層壓縮空氣儲能的儲層及蓋層特性[15]Table 1 Properties of the reservoir and caprock for aquifer CAES

2.2 使用咸水含水層作為CAES系統(tǒng)儲層的優(yōu)點

地下含水層中淡水層作為可開采的人類飲用及農(nóng)業(yè)灌溉的重要水源，其儲量有限，從經(jīng)濟(jì)性上考慮并不適合作為CAES儲層，而礦化度很高的地下鹵水又是制鹽業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域中重要的原料，同樣也不適合。地下咸水層通常位于淡水層下方，其礦化度介于淡水層與鹵水層的含鹽量之間，既不適合民用供水和農(nóng)業(yè)利用，也達(dá)不到地下鹵水液體礦礦化度要求，無法在工業(yè)中得到利用[16]。因此，若選擇當(dāng)今技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件下不可利用的深部咸水含水層作為CAES儲層，不僅有利于地下水資源的合理利用，還具有以下幾點主要優(yōu)勢：

（1）分布廣泛且含水層密集的地區(qū)一般風(fēng)能資源也較為豐富，比如在美國風(fēng)力 ≥ 4級的地區(qū)同時也多為存在地下含水層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地區(qū)。

（2）占地面積小。若采用含水層CAES系統(tǒng)儲存風(fēng)能并以基本負(fù)荷進(jìn)行供能，當(dāng)含水層儲層厚度為 10 m時所需的占地面積僅為同樣功率條件下風(fēng)電廠的14%。

（3）儲能時間長，開發(fā)成本低。壓縮空氣儲能的儲存時間一般為數(shù)十小時，同抽水蓄能及其他各類蓄能方式相比，壓縮空氣的儲能成本最低，如表2所示，在各類壓縮空氣儲能中，使用含水層等孔隙儲層的成本又低于其他儲層的成本，使用人工鹽巖溶腔CAES系統(tǒng)的成本為（6～10）美元/(kW·h)，而使用含水層CAES系統(tǒng)的成本為2～7 美元/kW·h（見表 3）。另外，當(dāng)需要額外增加系統(tǒng)的儲能容量時使用含水層作為壓縮空氣儲層也具有極大的成本優(yōu)勢，其成本約為0.11 美元/(kW·h)[5]21，若使用洞穴作為壓縮空氣儲層，當(dāng)增大儲能容量時所需成本為2 美元/(kW·h)[5]18，遠(yuǎn)高于含水層儲層的成本。

（4）儲能規(guī)模大。一般為100 MW～1 000 MW，同PHS的級別相當(dāng)。

表2 各類儲能方式的成本比較[17,18,19]Table 2 The cost of different energy storage systems

表3 含水層儲層CAES系統(tǒng)的開發(fā)成本[5]43Table 3 Development Costs for Aquifer CAES

2.3 使用地下含水層作為CAES系統(tǒng)儲層所面臨的問題及技術(shù)措施

2.3.1 儲層內(nèi)殘余碳?xì)浠衔锏挠绊?/p>

當(dāng)使用一些廢棄的油氣礦藏來進(jìn)行壓縮空氣儲能時，其中所殘余的一些碳?xì)浠衔飼箖拥臐B透率降低并可在儲層中形成一些腐蝕性物質(zhì)，另外由于注入的氣體為高壓空氣，一旦與天然氣等碳?xì)浠衔锘旌峡赡軙l(fā)生燃燒甚至爆炸。桑迪亞國家實驗室曾對一個廢棄的天然氣儲層進(jìn)行了一項數(shù)值模擬，在初始階段，該儲層中的主要成分為水和天然氣，其中殘余天然氣量為20%。模擬表明，當(dāng)向儲層中注入 N2時會在儲層中產(chǎn)生氣泡，隨著井附近壓力的增加，氣泡體積也不斷增加，當(dāng)氣泡最終達(dá)到預(yù)期體積時儲層內(nèi)所含的天然氣會被推擠到氣泡的邊界處而幾乎不與 N2發(fā)生混合，在儲層進(jìn)行抽氣-注氣循環(huán)時對抽出的氣體成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)天然氣的最高含量約為1%[20]，低于天然氣的爆炸下限（5%）。因此，使用廢棄的油氣礦藏進(jìn)行壓縮空氣儲能是完全可行的。而采用咸水含水層則不存在這個問題。

2.3.2 儲層內(nèi)氧化作用的影響

壓縮空氣中的O2會與孔隙儲層中的硫化物（如黃鐵礦，主要成分為FeS2）發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下[5]54：

該類反應(yīng)會導(dǎo)致壓縮空氣中的 O2含量減少進(jìn)而可能會影響到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒效率，但匹茲菲爾德的實驗研究表明，O2的減少量只有在被長期儲存時才能被發(fā)現(xiàn)，短期儲存時O2的減少量可以忽略。

O2與 FeS2還可發(fā)生另一種氧化反應(yīng)生成一種膠狀的鐵的氫氧化物。反應(yīng)方程式如下：

這一類反應(yīng)會使黃鐵礦的體積擴(kuò)大5倍，從而造成儲層的滲透率大大減少，而且會產(chǎn)生對蓋層不利的膨脹應(yīng)力。

儲層中的氧化反應(yīng)還會形成石膏（CaSO4·2H2O），石膏的沉積會減少儲層的孔隙度進(jìn)而影響CAES系統(tǒng)的性能[21]。

若儲層為洞穴，為減小氧化反應(yīng)所造成的不利影響,可以對注入的空氣進(jìn)行除濕處理以減緩氧化反應(yīng)速度，但對于含水層CAES系統(tǒng)而言，該方法并不適用，因此在選擇儲層位置時應(yīng)避免含硫量高的地區(qū)。

2.3.3 儲層內(nèi)腐蝕作用的影響

CAES系統(tǒng)運行時的主要問題是井管與注入的膠狀物的腐蝕問題。系統(tǒng)腐蝕的主要類型有生物（細(xì)菌）腐蝕、電流腐蝕、銹蝕、機(jī)械疲勞腐蝕及磨損腐蝕等。由于注入的為高溫高壓空氣，這會加快腐蝕的速度，特別是當(dāng)空氣中的含水量很高時[5]54-55。

對于機(jī)械疲勞與磨損腐蝕可通過適當(dāng)選擇材料加以解決，對于電化學(xué)腐蝕可通過對管道涂層、襯里加以緩解。CAES儲層內(nèi)的環(huán)境非常適合硫桿菌生存，這類細(xì)菌會氧化硫化物并生成硫酸來腐蝕井管與注入的膠狀物，儲層內(nèi)的其他浮游類微生物還有可能影響到儲層的滲透率，為防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，可在發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的細(xì)菌后注入生物滅殺劑以減少細(xì)菌數(shù)量。阿美石油公司曾通過對一個油-水混合的油田中的細(xì)菌數(shù)量進(jìn)行監(jiān)測，以便在細(xì)菌數(shù)量異常時及時通過注入殺菌劑的方法來控制腐蝕程度[22]。此外，由于地下咸水層無法被人類直接利用，因此在注入殺菌劑后可不必考慮地下水的污染問題。因此我國未來的CAES技術(shù)可重點放在利用含水層儲層上面，重點解決關(guān)于含水層CAES的一些細(xì)節(jié)問題并充分研究其效率和遇到的挑戰(zhàn)。

2.3.4 儲層內(nèi)顆粒的影響

在抽氣階段，井內(nèi)氣流流速很大，若井口附近存在顆粒，將會隨著氣流被抽出井外進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)中進(jìn)而對燃?xì)廨啓C(jī)的葉片造成損害。顆粒的來源主要有兩種，一是儲層中的礦石分解形成顆粒，二是高溫高壓的空氣導(dǎo)致土層脫水不穩(wěn)并產(chǎn)生顆粒。較大的顆粒可以設(shè)置濾網(wǎng)進(jìn)行阻攔，對于微小的顆粒使用濾網(wǎng)進(jìn)行阻攔成本過高，通過向儲層內(nèi)注入SiO2溶液可以有效防止顆粒的產(chǎn)生且不會對儲層的滲透率造成嚴(yán)重的不利影響，該方法已在天然氣儲存中得到廣泛使用[15]。

2.3.5 使用CO2作為緩沖氣

CAES系統(tǒng)在工作時所儲存的空氣中僅有一小部分氣體（工作氣）被抽取來用于同燃?xì)饣旌先紵?，很大一部分氣體仍被保存在儲層里未被抽出，這些氣體僅用于在抽氣時提供壓力支持，因此被稱為緩沖氣。為了減少溫室效應(yīng)的影響，可以考慮使用CO2作為緩沖氣，CAES系統(tǒng)利用CO2作為緩沖氣還具有另外一個優(yōu)勢：由于CO2具有很大的壓縮性，這意味著當(dāng)儲層內(nèi)壓力處于臨界壓力附近時，使用CO2作為緩沖氣比使用空氣作為緩沖氣能儲存更多的能量。使用CO2作為緩沖氣最大的問題是如何充分利用CO2巨大的壓縮性并有效防止CO2與空氣混合后被抽出井外。通過數(shù)值模擬表明：當(dāng)CO2與空氣的接觸邊界距離井的位置很近時CO2的壓縮性可以得到充分應(yīng)用，但在這種情況下CO2與空氣均具有很高的運動速度導(dǎo)致二者很容易混合后一并被抽出井外，因此，為防止CO2被抽出，使用CO2作為緩沖氣的最佳方式是使其與空氣的交界面位于井的遠(yuǎn)處以使二者之間的混合過程變得緩慢[23]。

2.3.6 其他技術(shù)方法

CAES系統(tǒng)運行時儲層中空氣會與周圍的巖石發(fā)生導(dǎo)熱造成部分能量損失，為減少這部分損失，可適當(dāng)降低注氣溫度，同時應(yīng)注意溫度降低會造成冷卻成本的增加[24]。在含水層CAES系統(tǒng)中為防止儲層中的水被抽出井外，在運行過程中井底的位置應(yīng)與儲層中氣-水界面保持一定的距離。

3 結(jié) 論

CAES作為一項有效、可靠的儲能技術(shù)具有許多優(yōu)點，它可以同風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)耦合，使這些不穩(wěn)定的能源轉(zhuǎn)變成可以穩(wěn)定輸出的電能供用戶使用，對可再生能源的大規(guī)模利用具有重要意義。目前限制我國CAES技術(shù)推廣的主要因素之一是：缺少大容量的天然鹽巖溶腔。有關(guān)專家在湖北、青海、內(nèi)蒙古、甘肅等地進(jìn)行過地質(zhì)調(diào)查，暫時沒有找到合適的天然洞穴。如果考慮采用含水層孔隙儲層，這一限制因素就不復(fù)存在。因此我國未來的CAES技術(shù)可重點放在利用含水層儲層上面，重點解決關(guān)于含水層CAES的一些細(xì)節(jié)問題并充分研究其效率和遇到的挑戰(zhàn)。美國勞倫斯伯克利實驗室的一項研究表明，采用孔隙介質(zhì)儲存壓縮空氣是完全可行的，儲能效率也十分理想[4]。我國西北地區(qū)的風(fēng)能資源豐富，但適合建造抽水蓄能電站的地區(qū)很少，若采用CAES與風(fēng)電系統(tǒng)耦合會極大提高風(fēng)電的利用效率。CAES技術(shù)目前已受到越來越多的關(guān)注，相較于在儲能方式中占主導(dǎo)地位的抽水蓄能仍具有很多明顯的優(yōu)勢，可以預(yù)見，在未來的儲能方式中，CAES的比例將會得到顯著提高。

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Compressed Air Energy Storage Using Saline Aquifer as Storage Reservior

HU Xian-xian, ZHANG Ke-ni, GUO Chao-bin
(Tongji University, Shanghai 201804, China)

Energy crisis and greenhouse effect have promoted the utilization of renewable energy. Energy storage technology is an indispensable part in solving the fluctuation problem for the utilization of solar energy, wind energy, etc. Compressed air energy storage (CAES) technology is the second large energy storage potential just after the pumped hydro storage technology. At present, reservoirs for the CAES are usually underground caverns which are highly limited by geological conditions. Using saline aquifer as the storage reservoir can extend the utilization of the CAES. Herein, the operation principle, advantages and disadvantages of CAES plant are introduced. The feasibility, problems and the key technologies used in aquifer CAES such as the residual hydrocarbons, oxidation, corrosion, particulates and the choice of cushion gas are discussed. This study concludes that the use of saline aquifer as storage reservoir will be an important way to extend the application of CAES.

compressed air; energy storage; porous media; saline aquifer

TK02

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2014.05.011

2095-560X（2014）05-0390-07

胡賢賢（1990-），男，碩士，主要從事多相流體數(shù)值模擬研究。

2014-04-10

2014-06-03

上海市科委資助項目（13dz1203103）

? 通信作者：張可霓，E-mail：keniz@#edu.cn

張可霓（1964-），男，博士，教授，主要從事地下水多相流數(shù)值模擬等相關(guān)研究。

郭朝斌（1989-），男，碩士，主要從事多相流體數(shù)值模擬研究。