美研究发现：压缩空气系统可减少发电成本

    美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)的工程师Georgianne Peek认为，透过将压缩过的空气存放在地下洞穴中，将可望协助减少一半的发电成本。在离峰时间内，若压缩机对地洞施加每平方英吋1,200磅(相较于海平面15psi)的压力，则压缩过的空气将可让发电机在尖峰用电时间内更有效率。

    Peek表示：“压缩的空气系统就如同一个超大型电池，然而，不同于电池透过电化学(electro-chemical)的处理程序储存电能；我们利用压缩的空气来节省50%的电力。”

    Peek是桑迪亚国家实验室的项目经理，该实验室位于爱荷华储存能量园区(Iowa Stored Energy Park)，园区内包含超过100台隶属于爱荷华州、明尼苏达(Minnesota)州和达柯达(Dakotas)州的公共设备。采用具有50小时储存容量的压缩空气储能装置，这些公共设施的额定总耗电量为每小时268MW至13,400MW。

    白天时，爱荷华的设备利用风力发电；晚上则利用地洞中的压缩空气来节省电力。而这种方式可让各个参与的州政府每年节省500万美元的电费。

    桑迪亚国家实验室的研究员目前正以爱荷华作为核心研究样本，以确立地洞方案的可行性。此外，该实验室的研究专家Steve Bauer利用地质力学(geomechanics)进行有关地质、水文以及岩石物理学的研究，设计出爱荷华地下空气储存洞穴，以此决定该施加多大的压力以及了解在多大压力下会导致空气溢出。

    Peek表示：“少量空气确实会从储存装置中溢出，然而，这个四周由石头做的容器渗透性极低，所以溢出的空气体积是相当少的。”

    Bauer的研究小组将从近期的核心样本结果得知爱荷华基地是否适合架设空气压缩系统。若一切结果如同预期，爱荷华空气压缩设备将于2012年正式上线。

   爱荷华以及美国其它州的设备于离峰使用时间储存压缩的空气，接着利用一个能提升燃气涡轮机燃料效能、由压缩空气驱动的换热器(heat recuperator)，来回复白天所储存的能量。

    这些地洞必须是密闭的，也必须具有正确的大小尺寸来储存足够的压缩空气。“压力取决于许多项目，包括地质结构的深度以及所需储存的能量”，Peek称。

    接着换热器对结合压缩空气与燃料的混合压缩燃料进行加热，透过一连串平行风口对该压缩燃料加热产生热耗，预热的气体能更有效地达到燃点，因此更有效地节省燃气涡轮机对燃料的消耗。

    Peek表示：“利用电压缩空气并将之以能量的方式储存，接着利用压缩的空气来运转燃气涡轮机以产生电力，并将电力运回电网。虽然所有天燃气涡轮发动机都各自有其压缩循环，但是，具有空气压缩系统的涡轮发动机较有效率，因为它们都使用预压缩空气。”

   Peek希望最终能建构一个绿色空气压缩设备，包括一个完全利用压缩空气运转的发电机。他表示，目前一个欧盟研究计划正试图储存压缩的热能，并利用压缩热能以及压缩空气来运转蒸气发电机。该技术称为‘预先隔热’(advance adiabatics)，可以省去对石油的需求。

    欧盟的计划需要使用一个隔热发电机，相对于换热器，它可以将热转换为燃料；利用滑动压力涡轮产生由压缩引起的温度变化，驱动一个蒸气发电机。