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基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-09-02 14:32:15

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”科技成果转化生态赋能专业科技服务团| 李宁 | 2022-09-15 17:18:08

北京天弥奥新能源科技有限公司研发的基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统,是压缩空气储能电站的关 键性核心设备,直接关系到压缩空气储能电站能量输出的转换效率。压缩空气储能电站能量输出的转换效率是衡量其商业价值最重要指标。目前世界上最先进压缩空气储能电站能量输出的转换效率平均水平(扣除补燃部分)为20%,而这项技术颠覆了传统压缩空气储能系统中能量转换的技术方案,使转换效率提高到50%。这项技术完美解决了能量转换系统中的补燃、储热等棘手问题,属世界首创,是未来引领压缩空气储能新潮流的一项新技术。

基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统包括空气压缩机、气水循环系统(包括:压缩空气储气罐、输气管线、压力水罐、压力水罐进水管、压力水罐出水管、压力水罐进气管、压力水罐排气管、水位测量仪、进水管、出水管、电磁阀、止回阀、水轮机溢水槽、PLC控制器、水轮机)及发电机组系统。气水循环系统以压缩空气为动力,即压缩空气储气罐内的压缩空气经输气管线流向压力水罐产生压强,使压力水罐内的水在压强的作用下通过水轮机并带动其旋转,推动水轮机做功,水轮机带动发电机输出电能。其核心技术是在能量转换过程中将压缩空气产生的压强转换成水柱—利用压缩空气的能量虚拟了一座抽水蓄能电站,无需水库和大坝却能达到相同的效果。水轮机是一种高效率的能量转换装置,由水轮机完成水柱到机械能的转换过程,解决了补燃及储热等诸多棘手问题,从而实现系统简单、使用周期长、低成本、高效率的目标。

1.拥有自主知识产权,实用新型专利已获授权(证书号第6251992 号),该公司通过小规模实验证明了该技术方案的可行性。

2.在能量转换过程中将压缩空气产生的压强转换成水柱——利用压缩空气的能量虚拟了一座抽水蓄能电站,无需水库和大坝却能达到相同的效果。水轮机是一种高效率的能量转换装置,由水轮机完成水柱到机械能的转换过程,解决了补燃及储热等诸多棘手问题,从而实现系统简单、使用周期长、低成本、高效率的目标。

3.技术颠覆了传统意义透平式能量转换技术方式,使转换效率上提高了50%。不但填补国内空白,尚属世界首创,未来将引领压缩空气储能新潮流。

该项目在电力系统中应用前景广阔,典型应用场景包括如下几个方面:

1.削峰填谷。集中式的大型基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统的单机容量可达百兆瓦量级,发电时间可达数小时,可在电力系统负荷低谷时消纳富余电力,在负荷高峰时向电网馈电,起到“削峰填谷”的作用,从而促进电力系统的经济运行。

2.消纳新能源。分散式基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统的容量配置为几兆瓦到几十兆瓦,可与光伏电站、风电场、小水电站等配套建设,将间歇性的可再生能源储存起来,在用电高峰期释放,缓解当前的弃风、弃光和弃水困局。

3.电力系统。有的地区对储能系统的寿命、环保等方面有特殊需求。在此情况下,若配合风力发电、光伏发电、潮汐发电等清洁能源,结合基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统冷热电联供特点,则有望构建低碳环保的冷热电三联供独立电力系统。

4.紧急备用电源。由于基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统不受外界电网、燃料供应等条件的限制,对于电网出现突发情况如冰灾造成的断网等,该技术的应用将能确保重要负荷单位如政府机关、军事设施、医院等的正常运行。

5.辅助功能。基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统具有功率和电压均可调节的同步发电系统,且响应迅速,其大量应用可以增加整个电力系统的旋转备用和无功支撑能力,提高系统电能品质和安全稳定水平。

6.跟踪计划出力。风电、光伏自身因为有很多不可控性, 给调度带来很大的压力。这个时候假如有储能在的话,当实际出力很高的时候,可以给储能充电,低的时候放电,通过基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统的充放以后把计划出力按在这个之内,提升它的可调度性。另外一个作用就是降低风电厂的波动力月线的概率。火电的爬坡率是有限的,而风电变化很快,借助储能系统以后可以使它的不管是上爬坡还是下爬坡,让速度降下来,这样和别的配套一起来调节会更容易一些。

7.输配用侧。在配网侧,通过储能的充放调节,比如大量的电动汽车接入电网之后,需要有效的利用峰谷调节, 在电价高的时候储能放电、在低的时候充电,低的时候以前大的峰谷差扩到小的上面,现在有一种技术路线叫光储充。这块就能很好的利用整个充电站对车的充电。在大型的医院数据中心加装储能系统以后有一些明显的作用, 一些明显负载,对电网变化很敏感,加上储能系统以后,通过储能系统的作用使负载感受到变化,这也是基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统很重要的作用。

公司团队全部由气动和能源方面专家组建而成,核心成员包括:

1.宋亚力:董事长,创始人,《气动压缩式水轮机及发电 机》专利发明人、工程师;

2.邹领:执行董事,会计师,大学学历;

3.周篁:独立董事,前国家能源局可再生能源处处长,工学博士;

4.齐向东:技术总监,太原科技大学电子信息工程学院教授、上海交通大学电子信息工程学院研究员;

5.许剑:合伙人,中科院工程热物理所研究员,工学博士;

6.许未晴:控制与测试技术总监,北京航空航天大学气动热力储能与供能北京市重点实验室副主任,工学博士、副研究员。

1.该技术从根本上解决了同类压缩空气储能产品存在的“二次补燃、蓄热”等问题,并且使其转换效率从20%提高到50%以上。

2.截至2020年上半年,全球已投运储能项目累计装机 规模185.3GW,其中抽水蓄能累计装机占比最大,为92.6%, 其次为电化学储能,占比5.5%。《基于气动压缩式水轮机的 压缩空气储能系统》相当于一座虚拟的抽水蓄能电站。抽 蓄能电站的建设周期为10年,建设成本6000元/KW,《基于气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统》的建设周期和成本分别为抽水蓄能电站的1/10和1/3。且不受环境的约束,灵活布局。

3.由于化学储能存在成本高、容量小、且对环境有污 染等问题,目前尚不适宜开展大规模的工业化应用,《基于 气动压缩式水轮机的压缩空气储能系统》以其独特的创新性 及卓越的性能充分解决了以上问题,相较于化学储能成本降低50%。

4.系统能量密度高,产品覆盖跨度大,可用于发电侧、 输电侧、用电侧、及风光等可再生能源电厂。

5.产品可以实现标准化、集约化、模块化式生产,全部零部件达到国产化。

6.环保性高。《基于气动压缩式水轮机的压缩空气储 能系统》环境友好,工作过程实现零排放;其产品一旦投放市场将替代抽水蓄能电站的霸主地位,大大压缩抽水蓄能电站建设份额,进一步节省建设用地,充分发挥保护环境作用;减少化学储能市场占有率,从而解决其带来的二次环境污染。

该项目可一次性转让,也可股权融资。

股权融资:希望找有实力的资本方开展投融资合作。融资金额2000万元,出让股权15%。公司计划2022年实现MW级压缩空气储能及发电设备样机小批量生产,完成相关测试及企业标准制定工作,并拟采取合同能源管理模式,与大型新能源企业合作,利用其风电场、光伏电站弃风、弃光电量进行储能,以降低储能电站用电成本。公司计划于2025年在科创板上市,年销售额突破100亿元。

1.投资建议:根据国际能源署(IEA)的预计,到2050年全球储能市场规模将达数十万 亿美元,我国将达数十万亿人民币。目前,储能产业正处于从示范向大规模产业化发展的关 键时期。鉴于该项目市场空间非常广阔,而且具有可持续盈利前景,建议投资人最好能跟踪 投资到A轮以后,积极推进项目落地,抢占制高点,赢得发展主导权。

2.投资方在公司经营管理中的地位和作用:参与资金使用的监管,发挥金融管理特长, 拓展产业链人脉,指导企业健康发展。

3.资本退出:A轮以后自行转让股权或内部商榷变现额度.