100MW级压缩空气储能电站中发电电动机应用研究

压缩空气储能作为一种新型物理储能方式，具备建设成本低、安全性高、运行过程中不产生环境污染、储能时间长容量大、使用寿命长等技术优势，还可实现对废弃盐穴资源的再利用，是我国新型电力系统中的一种重要的储能方式，能有效支持新型电力系统的健康发展。压缩空气储能电站中，压缩储能系统采用电动机驱动压缩机进行压缩空气储能，膨胀发电系统采用发电机进行释能发电。

发电电动机既具有电动机的功能，又具有发电机的功能。根据100MW级压缩空气储能电站系统组成和发电电动机的应用现状，本文研究了发电电动机在100MW级压缩空气储能电站中的应用方案，包括基于发电电动机的压缩空气储能机组轴系连接方案和电气主接线方案，提出了主要电气设备的选型原则，并探究了发电电动机在300MW级压缩空气储能电站中应用的可行性。

100MW级压缩空气储能电站系统组成

目前，国内有多个百兆瓦级压缩空气储能电站项目正在建设实施，关键技术快速发展。压缩空气储能电站具有压缩储能和膨胀发电两套工艺生产系统，具有压缩储能、膨胀发电和待机三种工况，系统运行及控制方式较复杂。

100MW级压缩空气储能电站，按照目前的常规方案，每套压缩空气储能系统包含1列压缩机组、1台空气透平和1台发电机。按照假设方案，采用绝热压缩方案的压缩储能系统，每列压缩机组包含三段压缩机，每段压缩机配套设置1台额定容量为15MW～40MW的大容量高转速同步电动机，3台压缩机电动机总容量为75 MW～110MW。空气透平和发电机容量为100MW级，一般在80MW～135MW范围内。

压缩空气系统具有压缩机数量多、电源容量大、需要变频启动等特征。电气主接线的一般方案如图1所示。该方案中，为一段、二段及三段压缩机分别设置1台压缩机降压变压器，为末段压缩机电机设置一套压缩机变频装置，为发电机设置1台升压变压器，设置1台高压站用变压器提供高压站用工作电源。

该电气主接线方案技术上可行，但是存在以下问题：

1）电机利用率较低。压缩机电动机仅在压缩储能工况下工作，发电机仅在膨胀发电工况下工作，其他工况下不运行，电机运行时间较短，利用率较低。

2）变压器利用率较低。压缩机降压变压器仅在压缩储能工况下工作，发电机升压变压器仅在膨胀发电工况下工作，其他工况下不运行，变压器带负载运行时间较短，变压器利用率较低。

3）电气系统占地面积增大。为每段压缩机和发电机分别设置一套变压器，高电压、大容量的变压器尺寸较大，电气系统占地面积增大。

4）电气系统造价增加。为每段压缩机和发电机分别设置一套变压器，高电压、大容量的变压器造价昂贵，电气系统造价高。