中科院自研“100兆瓦压缩空气储能系统膨胀机”通过集成测试

集成测试也叫组装测试或联合测试。在单元测试的基础上，将所有模块按照设计要求(如根据结构图)组装成为子系统或系统，进行集成测试。集成测试的目标是按照设计要求使用那些通过单元测试的构件来构造程序结构。单个模块具有高质量但不足以保证整个系统的质量。有许多隐蔽的失效是高质量模块间发生非预期交互而产生的。包括1、功能性测试:使用黑盒测试技术针对被测模块的接口规格说明进行测试;2、非功能性测试。对模块的性能或可靠性进行测试。

7月21日，中国科学院工程热物理所研发的100兆瓦先进压缩空气储能系统膨胀机的成功通过集成测试。研究团队突破了系统全工况设计与控制、多级高负荷压缩机和膨胀机、高效超临界蓄热换热等关键技术。该膨胀机具有集成度高、效率高及寿命长等优点，是我国压缩空气储能领域的重要里程碑。

储能技术主要是电能的储存。储存的能量可以用做应急能源，也可以用于在电网负荷低的时候储能，在电网高负荷的时候输出能量，用于削峰填谷，减轻电网波动。能量有多种形式，包括辐射，化学的，重力势能，电势能，电力，高温，潜热和动力。 能量储存涉及将难以储存的形式的能量转换成更便利或经济可存储的形式。

压缩空气储能系统

压缩空气，即被外力压缩的空气。空气具有可压缩性，经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要的动力源。与其它能源比，它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。

压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等。

压缩空气储能系统通过压缩空气存储多余的电能,在需要时,将高压空气释放通过膨胀机做功发电,在电力的生产、运输和消费等领域具有广泛的用途，是大规模储能技术的研发热点。

在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。

自1949年StalLaval提出利用压缩空气储能以来，国内外学者进行了大量的研究。世界上已有两座大型传统的压缩空气储能电站投入运营。1978年，第一台商业运行的压缩空气储能机组在德国的亨托夫诞生。1991年5月第二座电站在美国阿拉巴马州麦金托夫市投入运行。关于压缩空气储能系统的形式也是多种多样，按照工作介质、存储介质与热源可以分为：传统压缩空气储能系统(需要化石燃料燃烧)、带储热装置的压缩空气储能系统、液气压缩储能系统。

完整的压缩空气系统

压缩空气系统：组成由供气端至用气端组成如下。

空气压缩机→储气罐→过滤器→干燥机→输气管道→用气端口

压缩空气是通过空气压缩机来产生的。

(1)压缩机，大气压力的空气被压缩并以较高的压力输给气动系统。这种就把机械能转变为气压能。

(2)电动机，给压缩机提供机械能，它是把电能转变成机械能。

(3)压力开关，将储气罐内的压力来控制电动机，它被调节到一个最高压力;达到这个压力就停止电动机，也被调节另一个最低压力，储气罐内压力跌到这个压力就重新启动电动机。

(4)单向阀，让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流动。

(5)储气罐，贮存压缩空气。它的尺寸大小由压缩机的容量来决定，储气罐的容积愈大，压缩机运行时间间隔就愈长。

(6)压力表，显示储气罐内的压力。

(7)自动排水器，无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。

(8)安全阀。当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出。

(9)冷冻式空气干燥器，将压缩空气致冷到零上若干度，使大部分空气中的湿气凝结。这就免除了后面系统中的水份。

(10)主管道过滤器，在主要管路中，主管道过滤器必须具有最小的压力降和油雾分离能力。它使管道内清除灰尘、水份和油。

膨胀机

是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。膨胀机常用于深低温设备中。膨胀机按运动形式和结构分为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。当气体具有一定的压力和温度时，就具有由压力而体现的势能和由温度所体现的动能，这两种能量总称为内能。膨胀机主要的作用是利用气体在膨胀机内进行绝热膨胀对外做功消耗气体本身的内能，使气体的压力和温度大幅度降低达到制冷与降温的目的。

膨胀机的主要工作在喷嘴及叶轮中完成，当高速、低温的气体通过叶轮通道时，由于叶轮高速转动，使气体速度很快下降。同时，气体在不断变大的通道中流动时，因为压力与速度下降使气体内能降低，气体温度进一步大幅度降低，达到降温与制冷的目的。由于膨胀机叶轮的飞速转动，带动了与膨胀机叶轮在同一轴上另一端的压缩机叶轮转动，压缩机叶轮的转动压缩了通过增压机叶轮的气体，压缩机叶轮不仅压缩了气体、利用了膨胀机发出的功率，同时控制了膨胀机的转速。膨胀机与活塞膨胀机相比，具有流量大、结构简单、体积小、效率高和运转周期长等特点，适用于大中型深低温设备。

膨胀机的主要类型

1、活塞型

使气体在可变容积中膨胀，输出外功制冷的膨胀机(通常由电动机制动吸收外功)。这种膨胀机分立式和卧式两种。采用较多的是立式结构，曲轴、连杆、十字头、活塞、进气阀和排气阀等是运动件，分别装在机身、气缸和中间座中，其作用近似于往复活塞压缩机，但其进、排气阀系借进、排气凸轮定时启闭。活塞膨胀机由于存在进、排气阀流动阻力、不完全膨胀、摩擦热、外热与内部热交换等引起的冷量损失，一般绝热效率为：高压膨胀机65～85%，中压膨胀机60～70%。20世纪50年代相继出现的不用凸轮传动机构的无阀和单阀膨胀机，减少了膨胀机的运动件，提高了机器运转可靠性，已在小型深低温设备上得到广泛的应用。60年代，采用加填充剂的聚四氟乙烯密封元件代替用油润滑的金属制密封元件，避免润滑油带入深低温精馏区或液化区，保证了安全。 

2、透平型

以气体膨胀时速度能的变化来传递能量的膨胀机。这种膨胀机有单级和双级、立式和卧式、冲动式和反动式之分。一般采用单级向心径流反动式，传出的外功由发电机、鼓风机或油制动器所吸收。它近似于单级离心压缩机，但具有调节进气量用的(可调叶片)导流器。低速轴承用油强制润滑，高速的采用气体轴承。透平膨胀机由于有喷嘴损失、叶轮损失、余速损失、轮 盘摩擦损失、泄漏损失、窜流损失和外热侵入损失，一般绝热效率为：中压膨胀机65～75%，低压膨胀机75～85%。60年代已制成带液膨胀机，大多用于天然气分离设备。

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