未来工厂的能源脉络：压缩空气新型管材技术白皮书

未来工厂的能源脉络：压缩空气新型管材技术白皮书地下深处，一段看似普通的管道正承载着未来能源储存与输送的命脉。在当今日益增长的清洁能源需求推动下，压缩空气储能作为一种大规模、长时储能技术，正迅速成为未来工厂和新型电力系统的关键组成部分。而在这一系统中，管材技术作为连接能量储存与释放的血脉，其创新与发展直接关系到整个储能系统的效率、安全与经济性。

01 能源变革：压缩空气储能的崛起随着全球能源结构的深刻变革，储能技术已成为促进可再生能源并网消纳和构建新型电力系统的关键支撑。在众多储能技术中，压缩空气储能因其清洁、高效、大规模的特性，正受到越来越广泛的关注。压缩空气储能技术是一种利用压缩空气储存能量的物理储能技术，主要分为非补燃式和补燃式两种。当前国内主要以非补燃式压缩空气储能技术为主，它包含了能量输入、能量解耦、能量耦合和能量输出四个过程。相比其他新型储能类型，压缩空气储能具有使用寿命长、单位成本低、能量转化率相对较高的优势，同时还具有清洁环保的特点，显示出巨大的发展潜力和应用前景。2025年初，由中国能建数科集团承建的全球首座300兆瓦级压缩空气储能电站——湖北应城“能储一号”示范工程成功实现全容量并网发电。这一里程碑事件，标志着我国压缩空气储能技术正式进入大规模商业化应用阶段。

02 技术核心：管材在压缩空气储能中的关键作用在压缩空气储能系统中，管道如同人体的血管，承担着输送高压空气的重要任务。管道技术的性能直接影响到整个储能系统的效率、安全性和经济性。压缩空气储能电站的管道系统需要承受高温、高压和复杂工况的考验。在储能阶段，管道负责将压缩后的高压空气输送至储气设施；在释能阶段，又需要将高压空气从储气设施输送至膨胀发电机组。恒压式压缩空气储能电站的创新设计，体现了管材技术在系统中的关键作用。这类电站利用上游水库与地下密闭储气库相连接，形成一套可用于新型压缩空气储能的密闭恒压水气共容舱系统。在河北院主编的《压缩空气储能电站设计规范》中，明确规定了压缩空气储能电站的设计标准和参数，为管材技术的规范化应用提供了依据。该规范适用于单台发电机组容量为10MW及以上非补燃式压缩空气储能电站的设计，是压缩空气储能行业的纲领性和引领性标准。

03 材料创新：复合管道的技术突破面对压缩空气储能系统对管道的苛刻要求，传统的金属管道已难以完全满足效率与经济性的双重需求。复合材料管道的出现，为这一领域带来了革命性的解决方案。神马电力公司开发的“复合管道”由玻璃纤维增强复合材料制成，包含若干段复合管体和固定连接相邻两段复合管体的连接件。这种结构设计使得复合管道的连接既能保证强度和密封性，又能提高连接效率。在恒压液柱压力管道的设计中，研究人员正在探索两种密封层及衬砌结构：薄钢板和玄武岩纤维复合材料。这两种材料在钢筋混凝土衬砌中作为密封层，防止高压水体的渗漏，而钢筋混凝土则作为主要承压部件。玄武岩纤维复合材料作为一种新型密封材料，其性能研究包括渗透性测试，以确定其在不同压力环境下的渗透系数。这些数据为复合管道在压缩空气储能系统中的应用提供了科学依据。复合管道材料的创新，不仅解决了传统金属管道的腐蚀、重量大和维护成本高的问题，还提高了整个储能系统的效率和可靠性，为压缩空气储能技术的规模化发展奠定了坚实基础。

04 系统整合：管道与储能系统的协同优化管道技术的创新不仅体现在材料本身，还包括管道与整个储能系统的整合与优化。优秀的管道设计能够显著提升系统效率，降低能量损失。中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司申请的压缩空气储能系统专利，展示了管道与系统整合的最新进展。该系统包括储能组件、释能组件、多组换热介质储罐组和埋地式储气球罐，通过优化设计实现了多级储热以及热源的梯级利用，提高了储能系统的效率。在恒压式压缩空气储能系统中，压力管道的布置尤为关键。整个压力管道分为上平段、竖井段、下平段、连接段，上平段与上游水库连接，连接段与储气库连接。这种分段设计需要考虑不同围岩种类、不同深度、不同地应力等条件下的结构性能。中国电建集团核电工程有限公司申请的“基于超深盐穴储气的高效压缩空气蓄热储能系统”专利，利用超深盐穴作为储气装置。实现了大规模、低成本的压缩空气储能，并通过高效的绝热压缩技术和高温蓄热材料的应用，提高了系统的充放电效率。在这一系统中，管道连接和输送效率对整体性能有着直接影响。

05 标准建设：推动产业规范化发展技术标准是推动产业健康发展的重要保障。在压缩空气储能领域，标准化的管道设计和安装规范对保证工程质量、提高运营效率具有重要意义。近期，中国能源建设集团数字科技有限公司牵头编制的《压缩空气储能电站设备安装技术规范》等三项关键技术标准，正式获批2025年能源领域行业标准立项计划。这些标准将有效填补国内压缩空气储能领域的技术标准空白，为项目建设提供统一的技术依据。作为最早布局压缩空气储能技术标准的企业之一，中国能建数科集团早在2022年6月就发布了国内首个完整的《压缩空气储能技术标准体系》，构建了包含139项标准的九大技术体系框架。基于这一框架，公司已累计完成75项具体技术标准的编制工作，其中包括3项企业标准和10项国家级、行业级标准。2025年7月，首部全面覆盖压缩空气储能电站设计的行业规范《压缩空气储能电站设计规范》经国家能源局批准发布，自2025年12月30日起实施。这标志着我国在该领域的技术标准化建设迈入新阶段，也为管材技术在压缩空气储能系统中的应用提供了规范指导。

06 未来展望：管材技术的发展路径与挑战尽管压缩空气储能管材技术取得了显著进展，但仍面临着效率、成本、环境影响等方面的挑战。未来管材技术的发展需从多维度突破，以满足不断增长的市场需求。从技术层面看，高效核心设备研发和智能化调度系统引入是重要方向。对于管材技术而言，这意味着需要开发更高压力等级、更优密封性能和更强耐腐蚀性的复合材料管道。从应用场景看，随着压缩空气储能朝着高负荷及高效率运行方向发展，管材技术也需要相应提升。未来，压缩空气储能装机规模将从kW向MW级、百MW级发展，300MW级压缩空气储能电站已开始建设，这对管材技术提出了更高要求。从市场模式看，虚拟电厂整合和共享储能模式推广，将推动压缩空气储能管材技术的标准化和规模化应用。通过行业标准制定和技术交流融合，管材技术有望实现更大突破，为压缩空气储能系统的安全高效运行提供可靠保障。未来工厂的能源系统将如同精密编织的神经网络，而压缩空气储能管道则是其中不可或缺的能量脉络。随着新材料、新工艺和智能控制技术的不断发展，压缩空气储能管材技术将继续向更高效、更可靠、更经济的方向迈进。管道内流动的压缩空气，终将成为未来工厂能源系统中奔腾不息的血液，点亮绿色工业的明天。