優(yōu)勢初顯
目前，國內具有代表性的一批多能互補集成優(yōu)化示范工程項目均在建設當中，例如屬于能源消費終端電熱冷氣一體化集成的多能互補示范工程，包括武漢未來(lái)科技城多能互補示范工程項目、合肥空港示范區多能互補示范工程項目和青島中德生態(tài)園多能互補示范工程等;屬于大型綜合能源基地風(fēng)光水火儲多能互補示范工程，包括寧夏嘉澤新能源智能微電網(wǎng)項目(已投運)和青海龍羊峽水光互補項目(已投運)等，其能源高效利用的優(yōu)勢已初現。
在國外，歐洲地區太陽(yáng)能與其他能源相結合使用較多，例如丹麥主要采用太陽(yáng)能與生物質(zhì)能聯(lián)合應用，這種能源利用方式得到了丹麥政府的大力支持。另外，瑞典在太陽(yáng)能與生物質(zhì)能結合方面也取得了豐富的經(jīng)驗。德國的供暖方式之一是采用太陽(yáng)能與燃氣互補系統。
除了上述的多能互補之外，利用主要可再生能源多能互補+壓縮空氣儲能生產(chǎn)電力，將是一種完全意義上的清潔綠色能源方式，也是多能互補方面的一個(gè)重要領(lǐng)域，最近由國家專(zhuān)利局授權的《一種海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能聯(lián)合利用發(fā)電站》為此做出了有益探索。
設計關(guān)鍵點(diǎn)
岸線(xiàn)地帶是海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能三大能源集中區域，具有得天獨厚的自然可再生能源區位優(yōu)勢，為三大自然能源多能互補+儲能利用開(kāi)辟了無(wú)限的想象空間。海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能多能互補壓縮空氣儲能電站原理及主要組成部分包括海浪能部分、風(fēng)能部分、太陽(yáng)能及換熱器、壓縮空氣儲能部分、渦輪發(fā)電機及控制系統6部分組成。
海浪能部分通過(guò)海水的浮力及波浪傳播原理，采用海面點(diǎn)浮式捕獲海浪能量方式，在岸線(xiàn)近海(海深可選擇4m—7m)設置框架群與海底固定，每個(gè)框架內設置浮筒，浮筒被限制在框架內并可沿框架隨海浪做上下垂直運動(dòng);氣缸、集氣管固定在框架伸出海面以上的部分，氣缸布置在框架中心，浮筒通過(guò)連桿與氣缸相連接(連桿與氣缸內活塞相連);氣缸上部設置出氣單向閥與集氣管相通，設置進(jìn)氣單向閥與外界大氣相通;隨著(zhù)海浪的上下起伏，推動(dòng)浮筒上下垂直運動(dòng)，海浪從波谷向波峰上升階段，浮筒受到海水浮力上升，氣缸內空氣被壓縮壓力增大，當壓力值大于集氣管中壓力時(shí)，氣缸出氣單向閥打開(kāi)向集氣管輸入壓縮空氣;海浪從波峰向波谷下降階段，由于浮筒具有一定質(zhì)量，帶動(dòng)連桿、活塞下行，氣缸內空氣壓力值下降，氣缸出氣單向閥關(guān)閉，進(jìn)氣單向閥打開(kāi)，外界大氣進(jìn)入氣缸，為下次壓縮做好準備;循環(huán)往復，外部大氣被不斷壓縮進(jìn)入集氣管。
風(fēng)能部分，風(fēng)機分為水平軸風(fēng)力機和垂直軸風(fēng)力機兩類(lèi)，根據電站的特點(diǎn)，宜采用垂直軸風(fēng)力機，通過(guò)自然風(fēng)力吹動(dòng)風(fēng)力機扇葉旋轉，帶動(dòng)風(fēng)機軸旋轉，通過(guò)一對傘齒輪將垂直扭矩傳遞給與之相連的水平布置的空壓機軸，空壓機將外界大氣壓縮，壓縮空氣進(jìn)入集氣管?？諌簷C有很多形式，主要包括活塞往復式、葉片式、雙螺桿等形式，雙螺桿式空壓機由于其輸出壓力平穩、壽命長(cháng)等特點(diǎn)，可作為電站的首選。
太陽(yáng)能部分，通過(guò)槽式太陽(yáng)能集熱管系統，將太陽(yáng)能集熱管中的傳熱介質(zhì)(導熱油)加熱，被加熱的傳熱介質(zhì)通過(guò)換熱器將集氣管輸入的渦輪機前壓縮空氣加熱，使壓縮空氣進(jìn)一步膨脹后噴入渦輪機。
壓縮空氣儲能，系統中設置壓縮空氣儲氣罐，主要為在風(fēng)力較小、海浪較低情況下，由風(fēng)能、海浪能提供的壓縮空氣流量不足時(shí)，起到向系統中補充壓縮空氣的作用，以保證在一定時(shí)間內進(jìn)入渦輪機的壓縮空氣達到設定流量和壓強，保證電力輸出的穩定、持續。為下個(gè)時(shí)段風(fēng)力、海浪加大趨于正常值贏(yíng)得時(shí)間，并再次將儲能器充滿(mǎn)。另外電站中的集氣管，由于其管路較長(cháng)、容積較大對壓縮空氣同樣起到蓄能、穩流的作用。為增大儲氣罐壓縮空氣儲量，可采用在進(jìn)入儲氣罐前管道加裝多級壓縮機，利用自身發(fā)出的電力對壓縮空氣進(jìn)行多級壓縮，以獲得較高壓力值并存儲。同時(shí)電站設計時(shí)要充分考慮結構的強度以抵御臺風(fēng)等惡劣天氣的影響。
海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能多能互補壓縮空氣儲能電站有何優(yōu)勢?首先其原理、結構及設備簡(jiǎn)單，無(wú)任何復雜精密設備，降低工程造價(jià)，電力成本低。其次，能量采集范圍面廣量大，使能量更加趨于穩定，便于電力的大規模生產(chǎn)，解決了單一風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電輸出電力波動(dòng)、斷續及輸出功率不能隨負載變化得到控制等問(wèn)題。第三，海岸線(xiàn)漫長(cháng)，適合電站建設地點(diǎn)眾多，并可作為離岸島嶼的分布式能源系統，可進(jìn)一步實(shí)現冷、熱、電三聯(lián)產(chǎn)。第四，整個(gè)過(guò)程無(wú)任何污染，做到了清潔綠色環(huán)境友好。
潛力無(wú)限
我國是海洋大國，岸線(xiàn)長(cháng)達18000多公里，特別是由于臺灣海峽形成狹管效應，使東南沿海成為我國風(fēng)能資源最佳的地區，風(fēng)能又形成了較大的海浪，為電站建設提供了優(yōu)良的自然條件。同時(shí)，沿岸地區經(jīng)濟發(fā)達，電力消耗量巨大，電網(wǎng)系統完善，多能互補電站的建設，可作為沿岸城市供電的補充，取代部分煤電，對環(huán)境保護具有重大現實(shí)意義，具有廣闊的商業(yè)前景及社會(huì )效益。
電站具有向世界推廣的巨大潛力，在地球表面，海洋面積占整個(gè)地球表面積的71%，陸地面積占總面積的29%，浩瀚的海洋、無(wú)盡的岸線(xiàn)為電站在世界范圍推廣奠定了基礎。國外對可再生能源發(fā)電領(lǐng)域進(jìn)行了長(cháng)期的探索，但在海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能三能聯(lián)合發(fā)電方面鮮見(jiàn)其有理論或實(shí)驗方面的報道，如果電站取得成功，將成為我國繼深潛、高鐵、可燃冰開(kāi)采后走向世界的重大項目，贏(yíng)得全球效益。
海浪能、風(fēng)能、太陽(yáng)能多能互補壓縮空氣儲能電站，是一種純粹意義上的多能互補集成優(yōu)化利用可再生能源生產(chǎn)電力的解決方案，較完美詮釋了多能互補集成優(yōu)化+儲能的理念，對于我國及世界由化石能源向可再生能源轉型，將會(huì )產(chǎn)生深遠的影響。
