利用可再生能源稳定供电的压缩空气储能技术
2020年10月,日本首相曾代表政府官宣:到2050年实现碳中和,在此契机的影响下,日本将大量引入可再生能源。对2014年提出、2018年制定的新能源基本计划,政府必须大幅度修改能源发展的指标,也即,到2030年在储能电源结构中可再生能源所占比例应达到22—24%。预计今后,将加速引入可再生能源,形成由大量新能源组成的储能发电系统。另一方面,目前可再生能源中发电量多的风力储能发电、光伏储能发电,其功率的日变动和季节变动幅度大,因而输出功率不稳定,难于将这些功率直接输送至储能供电系统。现状是随着可再生能源的不断增大,相应于火力发电的功率调整,开始对基本负荷(base load)的原子能发电也可能产生影响。
作为解决这一问题的手段,必须考虑利用储能技术。这里所述的储能技术,是指对可再生能源等发电功率一度具有储存功能的技术,现在多数采用蓄电池。但近年来,作为国家政策,需要的是为大规模电力储存而开发的储能技术。经济产业省的蓄电池战略中,主要以硫化钠(Na2S)电池、锂电池、氧化还原液流电池(Redox flow)等为主的化学储能电池,并进行了技术比较。这些化学储能电池,具有能设置在边远地区和可搬运性的特点,适用于全国各地使用;但另一方面,储能电池耐用年限10-15年,设备上作用的化学物质,废弃时担心导致环境污染等,这都是尚待解决的储能研究课题。
此外,为了电力储能系统的稳定性,作为储能技术,必须具备运转电机的惯性及同步化力,要求同步发电机那样的频率保持功能,而现状是对于化学储能电池这样的所谓二次电池,并不具备频率保持功能。且作为国家的目标,可再生能源在储能电源结构中占据的比例为40%时,按照2018年发电量10512亿Kwh的40%(约为4000亿Kwh的可再生能源)考虑,即使是当时的电力储能要求,对于储能电池制造的物质调配也是困难的。
因此,本文推出了有关利用压缩空气的储能技术。压缩空气储能,取其头一个英文字母(Compressed Air Energy Storage)以下,在本文通称为CAES。
CAES技术早在50年前就已经开始储能研发,在介绍迄今有关储能研究的同时,对目前考虑可再生能源旨在稳定储能供电的CAES概况,以及有关普及推广时的土木工程技术课题等分述如下。
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