Пневмо-воздушное аккумулирование (ПВА)
Пневматический способ аккумулирования энергии в виде воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции (ВАЭС) был впервые запатентован в 1949 г., однако первая в мире установка установленной мощностью 290 МВт и работающая по этому принципу, была построена лишь в 1978 г. фирмой «Браун Боверн» в г. Гунторф (ФРГ). Схема работы ВАЭС Хунторф приведена на рис. 4.11
Установка включает двухступенчатую турбину высокого давлния с перегревом и двухступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением воздуха. В часы прохождения минимума нагрузки Воздух под давлением 6 МПа закачивается в два подземных хранилища представляющие собой полости, вымытые в пластах каменной соли и расположеные на глубине 650-800м. Утечки при этом практически отсутсвуют. (рис. 4.12)
В период прохождения пика нагрузки сжатый воздух (при выключенном компрессоре) подается из хранилища в камеру сгорания ГТУ Объем хранилища 300 тыс.м3 обеспечивает работу ГТУ в течение 2 часов. При времени заряда - 8 часов и потребляемой мощности 60 МВт. Компоновка ВАЭС Хунторф показана на рис. 4.13.
В отличии от традиционной ГТУ которая в процессе работы для привода компрессора использует 2/3 потребляемого топлива, воздушно-аккумулирующая газотурбинная установка закачивает воздух в харанилище в часы малых нагрузок при низкой стоимости электроэнергии (например, ночью) и использует ее в требуемые часы нагрузки, для выработки электроэнергии. Этот фактор обеспечивает высокую эффективность системы.
Вторая пневмовоздушная аккумулирующая станция мощностью 110 МВт была построена в США, г. Макинтош, штат Alabama в 1991 г. В отличие от ВАЭС Хунторф, здесь применена схема с турбинами среднего давления (рис. 4.14) допускающая значительные утечки воздуха. При этом давление воздуха в хранилище должно превышать давление на входе в турбину, а давление на выходе из компрессора - давление в хранилище. Для данной компоновки используется двухступенчатое сжатие воздуха компрессором, а также промежуточное его охлаждение и регенерация газов на выходе из хранилища.
Главным недостатком таких систем является потребление ими дефицитных видов ископаемого топлива.
Схема аккумулирующей электростанции, использующей только энергию сжатого воздуха, без использования природного газа, показана на рис. 4.15
Модифицированная газовая турбина через разъемные муфты связана с электрической машиной и компрессором. В часы минимальных нагрузок электрическая машина работает в режиме синхронного электродвигателя и вращает компрессор, закачивающий воздух в подземный резервуар. В период прохождения максимума нагрузки воздух из хранилища поступает в камеру сгорания, где происходит его подогрев до 500...550°С и подача на лопатки газовой турбины. При этом электрическая машина переходит в генераторный режим и вырабатывает электрическую энергию, отдаваемую в сеть.
В некоторых проектах предлагается давление газа в полости под землей поддерживать постоянным с помощью расположенного на земле резервуара с водой. (Рис. 4.16)
Заполняя газовую полость при выходе воздуха на рабочую турбину, вода автоматически поддерживает давление, определенное высотой ее столба.