压缩空气储能：万亿储能产业的支撑技术

目前，压缩空气储能技术（compressed air energy storage，简称CAES），是继抽水蓄能之后，第二大被认为适合GW级大规模电力储能的技术。

与抽水蓄能的思路类似，空气压缩储能技术用电力驱动压缩机组，把电能转换为空气内能，压缩后的空气可以被储藏在地下洞穴内，这是目前唯一能在规模上跟抽水蓄能相媲美的方案，并且响应速度比抽水蓄能更高。

那么，为什么要建设储能系统呢？又为什么要发展压缩空气储能技术呢？

现行的电力系统由原材料、发电、输电、配电和用电这五大价值链组成。用消费品零售业来做类比的话，就好比原料、生产、运输、分配和消费都有了，唯独没有仓储这个环节。

电力系统用户端每日的用电负荷是波动变化的，且峰谷差日趋增大。为了满足要求，当前的发电装机容量与电网容量需要按最大需求建设，发电端根据用电端的实时动态负荷进行匹配。在用电低谷时，发电机组停机或低负荷运行，这导致发电装机容量和电网容量的利用率低。

不仅如此，这种现行系统的动态平衡存在风险，比如近年来在印度、韩国、美国、英国等地都发生了大面积停电事故。增加储能系统为电力系统提供缓冲，不失为有效的解决方案之一。

据国际能源署预测，到2050年，我国储能装机将达到200GW以上，占电力总装机的比例将提高至10%~15%，可以催生一个万亿级的产业。

储能技术可将间断、不稳定、不可控的可再生能源发电储存起来，再按照需求平稳、可控地释放，具有平滑波动、跟踪调度输出、调峰调频等功能，可促进可再生能源电力大规模并网，有效解决弃风、弃光问题。

分布式能源系统是未来高效、低碳、高安全性能源系统的主要发展趋势之一。可是，分布式能源系统相较于大电网，具有负荷波动大、系统调节能力差、故障率高等问题。

储能技术可作为负荷平衡装置及备用电源，有效解决上述问题，提高分布式能源系统供电的可靠性、稳定性。并且规模大、单位成本低、寿命长、安全环保，能够实现真正的碳中和。

因此，储能技术被称为“能源革命的支撑技术”。

有了压缩空气储能充当稳压器，可以将可再生能源、分布式能源产生的急剧波动的低质量电能“变废为宝”“点石成金”，从而促进可再生能源、分布式能源产业的发展，社会效益巨大。

在用电低谷时段，利用电能将空气压缩至高压并存于洞穴或压力容器中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰时段，将高压空气从储气室释放，进入燃烧室燃烧利用燃料燃烧加热升温后，驱动涡轮机发电。

一套完整的压缩空气系统五大关键设备组成：由压缩机、冷却器、压力容器、回热器、涡轮机以及发电机。各部件作用如下，

压缩机：将空气压缩，将电能转化为空气内能，空气压力可达70-100 bar，温度可达 1000 ° C；

冷却器：热交换设备，用于存入压力容器前的冷却，防止空气在压力容器或洞穴中压力减少

压力容器：存储冷却后的空气，若采用洞穴存储，则需要满足耐压程度较高、密封性较好的地质条件

回热器：热交换设备或燃烧室，将空气温度提高至1000℃左右，使涡轮机持续长时间稳定运行，以便于提高涡轮机效率。

涡轮机：空气通过涡轮机降压，内能转化为动能。

发电机：多为同步发电机，将动能转化为电能

目前压缩空气系统存在着诸多问题，其中最重要的是其与抽水蓄能一样太受地理条件约束，建造压缩空气系统，需要特殊的地理条件来作为大型储气室，如高气密性的岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，这一限制是影响这项技术推广的重要因素之一。此外传统的空气压缩系统，系统效率仅为40%-55%，相比抽水蓄能的80%，效率较低。

近年来，压缩空气储能技术在实践和应用中发展迅速，但压缩空气储能技术在技术和政策方面存在发展瓶颈和挑战。首先，CAES的关键技术瓶颈需加大科研投入，比如对大规模CAES的效率、成本、寿命、安全性等核心技术取得突破，推进CAES电站的商业化发展；其次，制定CAES大容量储能技术发展规划，包括中长期发展目标、资金投入、示范工程和工程检验等方面；最后，探索建立CAES技术的相关规范和技术标准，对示范项目和产业发展提供政策激励和政策保障。

随着压缩空气储能技术的进步、储能标准体系的完善以及电网对大规模储能需求的日益迫切，大容量CAES电站将逐步进入商业化运行，培育CAES产业体系，构建能源领域的经济增长点，以便支持清洁低碳、安全高效能源改革和能源的高质量发展。

参考资料：

交能网——压缩空气储能技术原理及特点

中国科学报——压缩空气储能：从追赶到领先的跨越