能源轉型的燃眉之急

“深度調(diào)峰時鍋爐燃燒不穩(wěn)”“頻繁啟停機加速設備損耗”——這些燃煤電廠（CFPP）的痛點，隨著新能源占比攀升愈發(fā)尖銳。哈爾濱工業(yè)大學能源學院團隊在《工程》期刊的最新研究中，提出了一種創(chuàng)新解法：將壓縮空氣儲能（CAES）系統(tǒng)與燃煤電廠“拼裝”成三聯(lián)供系統(tǒng)，讓傳統(tǒng)煤電化身“靈活調(diào)節(jié)器”。

當“充電寶”遇見燃煤機組

傳統(tǒng)壓縮空氣儲能需配套獨立儲熱罐，而研究團隊發(fā)現(xiàn)，燃煤電廠的水汽循環(huán)系統(tǒng)溫度跨度（20°C-537°C）恰好覆蓋CAES全流程需求。如同“樂高拼接”，科學家將CAES的壓縮熱直接導入電廠給水系統(tǒng)，省去儲熱裝置；放電時又抽取電廠余熱預熱壓縮空氣，打破儲能與釋能的熱力學耦合限制。

“這相當于給電廠裝了個2萬噸級的‘充電寶’?！闭撐臄?shù)據(jù)顯示，單個循環(huán)可省煤2.85噸，儲能往返效率（RTE）提升2.24%，系統(tǒng)總效率最高可達77.5%。更巧妙的是，系統(tǒng)能根據(jù)季節(jié)需求切換三種模式：

純發(fā)電模式：利用夜間低谷電儲能，日間高峰放電增發(fā)；

熱電聯(lián)產(chǎn)：冬季將低壓壓縮熱用于供暖，熱效率提升至77.5%；

冷電聯(lián)產(chǎn)：夏季降低膨脹機入口溫度，額外輸出冷能。

熱力學的“黃金組合”

研究團隊通過18種耦合方案對比，發(fā)現(xiàn)關鍵設計密碼：低溫取水，高溫回水。例如在儲能階段，從電廠給水系統(tǒng)低溫段（如120°C以下）取水冷卻壓縮空氣，再將升溫后的水回注高溫段（如200°C以上），相當于“偷走”電廠原本需要蒸汽加熱的熱量。這種設計使燃煤機組在35%低負荷運行時，供電煤耗下降3.2%。

放電時的預熱策略更顯智慧。先用60-90°C的低溫給水加熱空氣，再用高品位蒸汽補充升溫，相比純蒸汽加熱方案，電廠發(fā)電量損失減少12%。團隊用“溫度階梯”比喻：“就像登山時先坐纜車到半山腰，再徒步?jīng)_刺，既省力又高效?！?/p>

經(jīng)濟賬里的轉型密碼

技術突破還需算清經(jīng)濟賬。研究顯示，集成方案使CAES建設成本降低302萬元（主要省去儲熱罐），動態(tài)投資回收期從21.7年縮短至10.4年。若應用于北方采暖地區(qū)，年收益可達1713萬元，其中供熱貢獻占比67%。

但挑戰(zhàn)依然存在：系統(tǒng)在高溫多雨地區(qū)收益下降15%，且過度依賴電廠原有基礎設施。論文通訊作者劉金福提醒：“這不是簡單硬件拼接，需要根據(jù)區(qū)域能源需求定制耦合方案?！?/p>

未來能源系統(tǒng)的“瑞士軍刀”

這項研究為煤電轉型提供了新思路——通過儲能系統(tǒng)“打補丁”，老電廠也能煥發(fā)靈活性。團隊正探索將技術拓展至光熱發(fā)電耦合場景，未來或實現(xiàn)“零碳調(diào)峰”。正如論文結語所言：“當傳統(tǒng)能源與新型儲能打破界限，碳中和之路將多一把多功能鑰匙?！?/p>

來源: Engineering