स्वच्छ ऊर्जा के वैश्विक परिवर्तन में, सौर और पवन जैसे परिवर्तनशील नवीकरणीय स्रोत जबरदस्त क्षमता प्रदान करते हैं लेकिन बड़ी चुनौतियाँ भी पेश करते हैं। उनकी रुक-रुक कर {{1}मौसम, दिन{2}रात के चक्र और मौसमी बदलावों से प्रेरित {{3}अक्सर कटौती (ऊर्जा बर्बाद) या ग्रिड अस्थिरता का परिणाम होती है। संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण (सीएईएस) एक परिपक्व, बड़े पैमाने पर समाधान के रूप में खड़ा है जो अधिशेष बिजली को भंडारण के लिए संपीड़ित हवा में परिवर्तित करता है और ग्रिड स्थिरता और संतुलन सुनिश्चित करते हुए पवन और सौर ऊर्जा को प्रभावी ढंग से अवशोषित और उपयोग करके बिजली उत्पन्न करने की मांग पर छोड़ता है।
सीएईएस हवा को संपीड़ित करके विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक क्षमता के रूप में संग्रहीत करता है, जिससे न्यूनतम नुकसान के साथ घंटों से लेकर हफ्तों तक भंडारण अवधि सक्षम हो जाती है। जरूरत पड़ने पर टर्बाइन चलाने और बिजली पैदा करने के लिए संपीड़ित हवा छोड़ी जाती है। यह तकनीक विशेष रूप से बड़े पैमाने पर, लंबी अवधि के भंडारण के लिए उपयुक्त है, जो रुक-रुक कर आने वाले नवीकरणीय ऊर्जा को प्रेषण योग्य, विश्वसनीय बिजली में बदल देती है जो हर समय ग्रिड की मांग को पूरा करती है।
अंतर्निहित प्रौद्योगिकी और सिद्धांत
सीएईएस का मूल गैस संपीड़न और विस्तार के थर्मोडायनामिक्स में निहित है। संपीड़न के दौरान हवा गर्म होती है और विस्तार के दौरान ठंडी होती है। उच्च दक्षता प्रभावी ताप प्रबंधन पर निर्भर करती है:
पारंपरिक (मधुमेह) सीएईएस: संपीड़न ऊष्मा इंटरकूलर के माध्यम से नष्ट हो जाती है, और विस्तार से पहले हवा को फिर से गर्म करने के लिए ईंधन (आमतौर पर प्राकृतिक गैस) का उपयोग किया जाता है। राउंड-यात्रा दक्षता आम तौर पर 40-55% होती है।
उन्नत रुद्धोष्म सीएईएस (एए-सीएईएस): संपीड़न ऊष्मा को कैप्चर किया जाता है और विस्तार के दौरान पुन: उपयोग के लिए थर्मल ऊर्जा भंडारण (टीईएस) प्रणालियों में संग्रहित किया जाता है, जैसे कि पैक किए गए पत्थर के बिस्तर, पिघला हुआ नमक, या थर्मल तेल। जीवाश्म ईंधन की खपत के बिना क्षमताएँ 70% या उससे अधिक तक पहुँच जाती हैं।
इज़ोटेर्मल/निकट-इज़ोटेर्मल सीएईएस: उन्नत ताप विनिमायक या जल स्प्रे, विकासात्मक प्रणालियों में 80-95% की सैद्धांतिक दक्षता के साथ, संपीड़न और विस्तार के दौरान लगभग-निरंतर तापमान बनाए रखते हैं।
आधुनिक सीएईएस संयंत्र 4-7 एमपीए (40-70 बार) के दबाव पर काम करते हैं और ऊर्जा भंडारण के लिए आदर्श गैस कानून पर निर्भर करते हैं। बैटरियों के विपरीत, सीएईएस लंबी अवधि, गीगावाट पैमाने के अनुप्रयोगों में दशकों तक नगण्य गिरावट के साथ उत्कृष्ट प्रदर्शन करता है।
प्रमुख उपकरण और घटक
एक विशिष्ट सीएईएस सुविधा में निम्न शामिल हैं:
कंप्रेसर: अधिशेष बिजली द्वारा संचालित मल्टी -स्टेज इलेक्ट्रिक टर्बो{{1}कंप्रेशर्स, जो इंटरकूलिंग के साथ कम - और उच्च {{3}दबाव चरणों का उपयोग करके परिवेशी वायु पर दबाव डालते हैं।
वायु भंडारण: भूमिगत गुफाएं (नमक के गुंबद, ख़त्म हुए गैस क्षेत्र, या जलभृत) या जमीन से ऊपर {{0}ज़मीन से ऊंचे {{1}घनत्व वाले कृत्रिम बर्तन (जैसे पाइप सरणी)। नमक की गुफाएँ 300-1,500 मीटर की गहराई पर अपनी अभेद्यता और दबाव{{3}साइकलिंग स्थायित्व के लिए पसंदीदा हैं।
थर्मल प्रबंधन प्रणाली(उन्नत डिज़ाइन में): हीट एक्सचेंजर्स और टीईएस इकाइयां जो संपीड़न गर्मी को कैप्चर और संग्रहीत करती हैं।
विस्तारक/टर्बाइन और जेनरेटर: उच्च - और निम्न {{1} दबाव टर्बो {{2} जनरेटर से जुड़े विस्तारक। पारंपरिक प्रणालियाँ पुनः गर्म करने के लिए एक दहनकण का उपयोग करती हैं; उन्नत रुद्धोष्म प्रणालियाँ TES ताप का पुन: उपयोग करती हैं।
सहायक प्रणालियाँ: दबाव नियंत्रण, द्विदिश मोटर/जनरेटर, और ग्रिड इंटरकनेक्शन उपकरण।
|
नहीं। |
उपकरण का नाम |
मुख्य समारोह |
तकनीकी विशेषताएँ और सिद्धांत |
सहायक चित्रण विवरण |
|
1 |
कंप्रेसर |
चार्जिंग चरण बिजलीघर: अधिशेष बिजली को संपीड़ित वायु स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तित करता है |
मल्टी{0}स्टेज इलेक्ट्रिक टर्बो{{1}कंप्रेशर्स (अक्षीय या केन्द्रापसारक), 4-7 एमपीए (40-70 बार) पर संचालित, इंटरकूलर और हीट रिकवरी सिस्टम से सुसज्जित; वेरिएबल-स्पीड ड्राइव नवीकरणीय उतार-चढ़ाव पर तीव्र प्रतिक्रिया सक्षम करती है |
कंप्रेसर ट्रेन को उजागर करने वाला पूरा सिस्टम लेआउट |
|
2 |
वायु भंडारण प्रणालियाँ |
संपीड़ित हवा का लंबी - अवधि का भंडारण (घंटे से सप्ताह तक) |
भूमिगत नमक की गुफाएँ (300-1,500 मीटर गहराई) या उच्च {{3}घनत्व ऊपर {{4}जमीन पाइप -सरणी बर्तन; लगभग शून्य रिसाव के साथ बार-बार दबाव साइकिल चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया |
भूमिगत गुफा और सतह तापीय प्रबंधन इंटरफ़ेस दोनों को दर्शाने वाला क्रॉस-{0}अनुभागीय आरेख |
|
3 |
थर्मल प्रबंधन और थर्मल ऊर्जा भंडारण (टीईएस) सिस्टम |
उच्च दक्षता, ईंधन मुक्त संचालन के लिए संपीड़न ताप को कैप्चर करें, संग्रहित करें और पुन: उपयोग करें |
हीट एक्सचेंजर्स (HX1/HX2) टीईएस मीडिया (सिरेमिक बेड, पिघला हुआ नमक, या थर्मल तेल) के साथ मिलकर 600 डिग्री तक गर्मी संग्रहीत करते हैं; बंद{{3}लूप पुनर्प्राप्ति से 70% से ऊपर राउंड{4}यात्रा क्षमता प्राप्त होती है |
चार्जिंग-चरण ऊष्मा-प्रवाह योजनाबद्ध + पूर्ण सिस्टम एकीकरण आरेख |
|
4 |
विस्तारक, टर्बाइन और जेनरेटर |
डिस्चार्जिंग - चरण बिजली संयंत्र: संग्रहित संपीड़ित हवा को बिजली में परिवर्तित करता है |
मल्टी-स्टेज टर्बो{{1}एक्सपैंडर्स (उच्च- और निम्न{3}}दबाव) सीधे सिंक्रोनस जेनरेटर से जुड़े होते हैं; उन्नत डिजाइनों में शून्य दहन उत्सर्जन के साथ 10 मिनट से कम समय में पूरा लोड पहुंच गया |
वास्तविक {{0}विश्व विस्तारक{{1}जनरेटर स्थापना फोटोग्राफ |
|
5 |
सहायक प्रणालियाँ |
सुरक्षित, कुशल संयंत्र संचालन और ग्रिड एकीकरण सुनिश्चित करें |
दबाव{{0}नियंत्रण वाल्व, द्विदिश मोटर{{1}जनरेटर, एससीएडीए निगरानी, ग्रिड स्विचगियर, कूलिंग टावर और व्यापक पाइपिंग नेटवर्क |
टरबाइन हॉल का आंतरिक दृश्य जिसमें एकीकृत पाइपिंग और विद्युत प्रणालियाँ दिखाई दे रही हैं |
सीएईएस का मॉड्यूलर डिज़ाइन संपीड़न, भंडारण और विस्तार क्षमताओं के स्वतंत्र अनुकूलन की अनुमति देता है, जो कई अन्य भंडारण प्रौद्योगिकियों द्वारा बेजोड़ परिचालन लचीलापन प्रदान करता है।
परिचालन प्रक्रियाएं
CAES दो प्राथमिक चरणों में संचालित होता है:
चार्जिंग (संपीड़न) चरण: उच्च नवीकरणीय उत्पादन या कम मांग की अवधि के दौरान, अधिशेष बिजली कंप्रेसर को चलाती है। हवा को कई चरणों में संपीड़ित किया जाता है (गर्म किया जाता है), ठंडा किया जाता है और भंडारण में डाला जाता है। उन्नत रुद्धोष्म प्रणालियों में, निकाली गई गर्मी को टीईएस में संग्रहित किया जाता है।
निर्वहन (विस्तार/उत्पादन) चरण: जब मांग चरम पर होती है या नवीकरणीय ऊर्जा अपर्याप्त होती है, तो संपीड़ित हवा को छोड़ा जाता है, पहले से गरम किया जाता है (टीईएस गर्मी या पूरक ईंधन का उपयोग करके), जनरेटर चलाने के लिए टर्बाइनों के माध्यम से विस्तारित किया जाता है, और ठंडी हवा के रूप में समाप्त हो जाती है। सिस्टम 10 मिनट से कम समय में पूर्ण लोड तक पहुंच सकता है, जो इसे ग्रिड संतुलन, आवृत्ति विनियमन और स्पिनिंग रिजर्व के लिए आदर्श बनाता है।
पौधे दैनिक या मौसमी रूप से बहुत कम स्व-निर्वहन दर के साथ चक्र कर सकते हैं। स्थापित उपयोगिता के पैमाने के उदाहरणों में जर्मनी में हंटोर्फ संयंत्र (321 मेगावाट, 1978 से चालू) और संयुक्त राज्य अमेरिका में मैकिन्टोश संयंत्र (1991 से 110 मेगावाट) शामिल हैं।
वास्तविक-विश्व केस स्टडी: 100 मेगावाट उन्नत संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण प्रदर्शन परियोजना
सफल सीएईएस परियोजना निष्पादन के एक प्रमुख उदाहरण के रूप में, चीन की 100 मेगावाट उन्नत संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण राष्ट्रीय प्रदर्शन परियोजना प्रौद्योगिकी की परिपक्वता और बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग क्षमता को प्रदर्शित करती है। इंस्टीट्यूट ऑफ इंजीनियरिंग थर्मोफिजिक्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के नेतृत्व में विकसित, यह दुनिया का पहला 100 मेगावाट श्रेणी का उन्नत सीएईएस स्टेशन है और वर्तमान में संचालन में सबसे बड़ा और उच्चतम दक्षता वाला उन्नत सीएईएस संयंत्र है।
सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन विवरण:
क्षमता: 100 मेगावाट बिजली उत्पादन / 400 मेगावाट ऊर्जा भंडारण।
प्रौद्योगिकी प्रकार: उन्नत एडियाबेटिक सीएईएस (एए{{0}सीएईएस) जिसमें सुपरक्रिटिकल थर्मल स्टोरेज, सुपरक्रिटिकल हीट एक्सचेंज, उच्च {{1}लोड संपीड़न/विस्तार, और पूर्ण सिस्टम एकीकरण {{2}जीवाश्म ईंधन निर्भरता को पूरी तरह खत्म करना शामिल है।
भण्डारण विधि: उच्च{{0}घनत्व वाले कृत्रिम वायु भंडारण बर्तन (पाइप-सरणी डिज़ाइन), ऊर्जा घनत्व में वृद्धि और बड़ी भूमिगत गुफाओं पर निर्भरता को कम करना।
क्षमता: राउंड-यात्रा दक्षता 70.4%।
प्रदर्शन पैरामीटर्स: वार्षिक उत्पादन 132 मिलियन kWh से अधिक है, जो लगभग 50,000 घरों की चरम बिजली मांग को पूरा करने के लिए पर्याप्त है; 42,000 टन मानक कोयले की बचत होती है और CO₂ उत्सर्जन में प्रति वर्ष लगभग 109,000 टन की कमी आती है।
मुख्य उपकरण: मल्टी{{0}स्टेज कम्प्रेसर, टरबाइन एक्सपैंडर्स/जनरेटर सेट, सुपरक्रिटिकल टीईएस थर्मल स्टोरेज सिस्टम, और हाई{1}प्रेशर पाइप{{2}एरे स्टोरेज वेसल।
जगह: गुयुआन काउंटी, शहर, हेबेई प्रांत, मियाओटन क्लाउड कंप्यूटिंग औद्योगिक पार्क के भीतर; लगभग 5.7 हेक्टेयर में व्याप्त है। यह परियोजना 2022 में ग्रिड से जुड़ी थी और वाणिज्यिक संचालन की तैयारी में प्रवेश कर चुकी है।
यह परियोजना संपीड़न गर्मी को पुनर्प्राप्त करने, थर्मल प्रबंधन को अनुकूलित करने और दक्षता, ईंधन निर्भरता और साइट चयन में पारंपरिक सीमाओं को दूर करने के लिए मॉड्यूलर डिजाइन को नियोजित करके बड़े पैमाने पर सीएईएस पहल को सफलतापूर्वक निष्पादित करने की हमारी क्षमता को प्रदर्शित करती है। यह मूल्यवान वास्तविक विश्व इंजीनियरिंग सत्यापन और वैश्विक नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण के लिए एक स्केलेबल मॉडल प्रदान करता है।
सीएईएस पवन और सौर ऊर्जा के प्रभावी अवशोषण और उपयोग को कैसे सुविधाजनक बनाता है
पवन और सौर ऊर्जा की परिवर्तनशीलता अक्सर अधिशेष बिजली की ओर ले जाती है जिसे ग्रिड द्वारा पूरी तरह से अवशोषित नहीं किया जा सकता है। सीएईएस ग्रिड के लिए "शॉक अवशोषक" के रूप में कार्य करता है, जो सीधे इस मुद्दे को संबोधित करता है:
अधिशेष शक्ति को अवशोषित करना: तेज़ हवाओं या चरम सौर विकिरण के दौरान, अतिरिक्त ऊर्जा का उपयोग हवा को भूमिगत रूप से संपीड़ित और संग्रहीत करने के लिए किया जाता है, जिससे कटौती को रोका जा सके।
स्मूथिंग आउटपुट: सीएईएस स्थिर, पूर्वानुमानित बिजली प्रदान करने के लिए शांत अवधि के दौरान या सूर्यास्त के बाद संग्रहीत ऊर्जा को उपभोग से अलग करता है।
ग्रिड स्थिरता और एकीकरण: इसकी तीव्र प्रतिक्रिया आवृत्ति विनियमन, वोल्टेज नियंत्रण, और ब्लैक{0}स्टार्ट सेवाओं का समर्थन करती है। पवन {{2}सौर -सीएईएस हाइब्रिड सिस्टम "वर्चुअल बेसलोड" संयंत्र बनाते हैं, जिससे जीवाश्म ईंधन पीकर्स पर निर्भरता कम हो जाती है।
आर्थिक और पर्यावरणीय लाभ: सीएईएस भंडारण लागत को काफी कम करता है, नवीकरणीय उपयोग दरों में सुधार करता है, और कार्बन उत्सर्जन में कटौती करता है (विशेषकर उन्नत एडियाबेटिक कॉन्फ़िगरेशन में)। यह विशेष रूप से बड़े पैमाने पर, लंबी अवधि के नवीकरणीय एकीकरण के लिए प्रतिस्पर्धी है।
पवन फार्मों या सौर स्टेशनों के साथ सीएईएस का सह-स्थापन ट्रांसमिशन बुनियादी ढांचे को अनुकूलित करता है और ऊर्जा मध्यस्थता, क्षमता बाजार और सहायक सेवाओं के माध्यम से अतिरिक्त राजस्व को अनलॉक करता है।
आगे की ओर देखें: सीएईएस नवीकरणीय ऊर्जा विद्युत स्टेशनों की आधारशिला के रूप में
CAES 1970 के दशक की शुरुआत से ही गीगावाट क्षमता वाली लंबी अवधि की लचीली, लंबी अवधि की भंडारण तकनीक के रूप में विकसित हुई है। उन्नत रुद्धोष्म और इज़ोटेर्मल वेरिएंट जीवाश्म ईंधन के उपयोग को पूरी तरह से समाप्त कर देते हैं, जो शुद्ध {{5}शून्य लक्ष्यों के साथ पूरी तरह से संरेखित होता है। इसकी स्केलेबिलिटी और भौगोलिक अनुकूलन क्षमता (जहां उपयुक्त भूविज्ञान मौजूद है) आंतरायिक पवन और सौर संसाधनों को विश्वसनीय, उच्च मूल्य वाली बिजली में बदलने में सक्षम बनाती है।
सफल परियोजनाएँ इस बात की पुष्टि करती हैं कि CAES तकनीक व्यावसायिक पैमाने पर तैनाती के लिए पूरी तरह से तैयार है। सीएईएस को अपनाकर, नवीकरणीय ऊर्जा क्षेत्र स्वच्छ ऊर्जा संक्रमण को तेज करके और दुनिया भर में उपयोगिताओं, उद्योगों और समुदायों को आर्थिक लचीलापन और ऊर्जा सुरक्षा प्रदान करके अपनी सबसे बड़ी चुनौती {{2}परिवर्तनशीलता {{3} को पार कर सकता है। चीन और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर चल रही परियोजनाएं संकेत दे रही हैं कि एकीकृत पवन {{5}सौर {{6}सीएईएस बिजली स्टेशन अब एक सपना नहीं बल्कि एक वर्तमान वास्तविकता है{{7}जब भी और जहां भी जरूरत हो, स्वच्छ, प्रेषण योग्य बिजली प्रदान करते हैं।
