作者: 杨毅 1,3 刘石 1,3黄正 1,3卜宪标 2 吴蔚 1温喆然 1徐军涛 1李士杰 4
单位：1. 广东新型储能国家研究院有限公司；2. 中国科学院广州能源研究所；3. 南方电网电力科技股份有限公司；4. 中国南方电网有限责任公司
引用本文：杨毅, 刘石, 黄正, 等. 基于水下压缩空气储能的远海电淡冰冷热联产系统性能分析[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(3): 1160-1167.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0168
本文亮点：提出了基于水下压缩空气储能的电淡冰冷热多联产系统，构建了热动力学数学模型，分析了发电、制冰制冷以及生产淡水和热水的性能。水下压缩空气储能进行电淡冰冷热联产技术思路可行，系统集成化程度高，适用于海洋环境。结合海上风电和光伏，依托水下压缩空气储能系统可以建立海上能源站，为远海岛屿、渔船、商船和浮动平台等提供电淡冰冷热供应，助力海洋经济高质量发展。
摘 要 提出了基于水下压缩空气储能的电淡冰冷热多联产系统，以解决海上可再生能源发电的配储难题以及远海对电、淡水、冰和冷热获取难的问题。构建了储释能过程以及多联产过程的热动力学数学模型，分析了发电、制冰、制冷以及生产淡水和热水的性能。结果表明：水下定压储能的储能密度和能量回收效率较定容储能实现大幅提高。另外，通过压缩空气储能以及级间压缩热和膨胀制冷，可以在海上同时生产电能、淡水、热水、冰和冷能；级间压缩热除了加热膨胀机进气，还可以驱动多效蒸馏海水淡化设备生产淡水同时生产60 ℃以上热水。对于深度500 m，容积10000 m3的储气罐，每天的淡水产量达51.45 t；抽取中间级膨胀机出口气体进行膨胀制冰制冷，当抽取50%空气流量(30.4 kg/s)时，每天可制冰30.72 t。水下压缩空气储能可以解决海上风电和光伏的不稳定难题，促进海上可再生能源发电更大规模的发展。依托水下压缩空气储能系统可以建立海上能源站，为远海岛屿、渔船、商船和浮动平台等提供电淡冰冷热供应，助力海洋经济高质量发展。
关键词 水下压缩空气储能；定压储能；冷热电淡冰多联产；电淡联产；海上能源站
水下压缩空气储能属于定压储能，相比于定容储能，具有储能密度和能量回收效率大的特点。由于远海对电、冰、淡水等有迫切需求，而水下压缩空气储能系统利用级间压缩热和空气膨胀制冷可以生产淡水和冰。基于此，本工作提出了基于水下压缩空气储能的远海电淡冰冷热联产系统，并对性能进行了分析，得出以下结论：
（1）水下压缩空气储能高效利用了海水的静压，通过气水互驱实现定压储能。由于储能释能过程中储气罐内压力恒定且释能结束残余气少，其储能密度和能量回收效率较定容储能有大幅提高；
（2）远海对电、淡水、冰、冷和热需求迫切，提出了基于水下压缩空气储能的电淡冰冷热多联产系统，通过级间压缩热驱动多效蒸馏海水淡化设备制淡水同时生产热水，通过空气的膨胀制冰制冷。数值模拟表明依托水下压缩空气储能进行电淡冰冷热联产技术思路可行，系统集成化程度高，适用于海洋环境。
（3）对于深度500 m，容积10000 m3的水下储气罐，回收级间压缩热得到的热水温度为180.36 ℃，总质量为483.04 t。高温段180～80 ℃的热水用于加热膨胀机进气，而80 ℃的热水用于驱动多效蒸馏海水淡化设备生产淡水，每天淡水产量达51.45 t；
（4）对于深度500 m，容积10000 m3的水下储气罐，第二级膨胀机的出口压力377.78 kPa，温度39.23 ℃，空气质量流量60.85 kg/s。抽取50%空气流量(30.4 kg/s)进一步膨胀，每天可制冰30.72 t。
远海对电能、淡水和冰需求迫切，结合海上风电和光伏，依托水下压缩空气储能系统可以建立海上能源站，为远海岛屿、渔船、商船和浮动平台等提供电淡冰冷热供应，助力海洋经济高质量发展。
第一作者：杨毅（1987—），男，硕士，高级工程师，研究方向为先进物理储能技术；
通讯作者：卜宪标，研究员，研究方向为水下地下压缩气体储能。
基金信息：南方电网科技创新项目（ZBKJXM20240191）。
中图分类号：TK 123
文章编号：2095-4239（2025）03-1160-08
文献标识码：A
收稿日期：2025-02-22
修回日期：2025-03-12
出版日期：2025-03-28
网刊发布日期：2025-05-07原标题：《储能科学与技术》文章|杨毅 等：基于水下压缩空气储能的远海电淡冰冷热联产系统性能分析
