近日，位于河北省張家口市張北縣的國際首套100MW先進壓縮空氣儲能示范項目開始儲熱子系統(tǒng)安裝工作，該項目建設(shè)規(guī)模為100MW/400MW·h，占地85畝，系統(tǒng)設(shè)計效率70.4%。該項目由中儲國能（北京）技術(shù)有限公司提供全套壓縮空氣儲能設(shè)備，技術(shù)來源為中國科學院工程熱物理研究所。據(jù)悉，該技術(shù)目前為國際領(lǐng)先水平，為探究壓縮空氣儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，《儲能科學與技術(shù)》雜志在4月14-16日召開的“儲能國際峰會暨展覽會2021”上采訪了中儲國能（北京）技術(shù)有限公司CEO紀律先生。
《儲能科學與技術(shù)》：壓縮空氣儲能技術(shù)從何發(fā)展而來？目前國內(nèi)外技術(shù)研究進展如何？
紀律：傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)（CAES）是基于燃氣輪機技術(shù)開發(fā)的一種儲能系統(tǒng)。在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃氣輪機燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅(qū)動透平發(fā)電。目前已在德國（Huntorf 290MW·h）和美國（McIntosh 110MW）得到了規(guī)?；虡I(yè)應用，在日本、以色列、芬蘭和南非等國家也有相關(guān)研究和在建項目。
傳統(tǒng)CAES系統(tǒng)具有儲能容量大、周期長、單位投資小等諸多優(yōu)點，但是傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)需要依賴燃燒化石燃料提供熱源，不符合國際低碳發(fā)展的要求，也容易受到天然氣源的限制。更為重要的是，由于儲能密度低，壓縮空氣儲能系統(tǒng)也需要特定的地理條件建造大型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，從而大大限制了壓縮空氣儲能系統(tǒng)的應用范圍。
近年來，為解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)的瓶頸問題，國內(nèi)外學者開展了新型壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)工作，包括蓄熱式壓縮空氣儲能（或稱為絕熱壓縮空氣儲能，不使用燃料，但仍需要大規(guī)模儲氣空間）、液態(tài)空氣儲能（不使用儲氣洞穴，但系統(tǒng)效率低）、超臨界壓縮空氣儲能（不使用儲氣洞穴和燃料，系統(tǒng)效率高，同時解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能所有技術(shù)瓶頸）等。目前，國際上已建成MW級新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)示范的機構(gòu)共5家，分別是英國Highview公司（2MW·h液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)）、美國SustainX公司（1.5MW等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)）、美國General Compression公司（2MW蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)）、加拿大Hydrostor公司（1.75MW/7MW·h蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)）和中科院工程熱物理研究所（1.5MW超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)、10MW先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)）。其中，美國SustainX公司和美國General Compression公司已經(jīng)合并成立GCX能源公司，繼續(xù)開展壓縮空氣儲能技術(shù)開發(fā)工作。
中科院工程熱物理研究所自2005年開展壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)，在國家“863”計劃、“973”計劃、國家重點研發(fā)計劃、中科院先導專項等項目支持下，已經(jīng)取得了一系列國際領(lǐng)先的技術(shù)成果：原創(chuàng)性地提出了先進壓縮空氣儲能技術(shù)新原理，可同時解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能依賴大型儲氣室、依賴化石燃料、系統(tǒng)效率低三個主要技術(shù)瓶頸問題。突破了1~10MW級壓縮空氣儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。于2013年在河北廊坊建成了國際首個1.5MW先進壓縮空氣儲能示范系統(tǒng)，系統(tǒng)效率達到了52.1%，被評價為“我國壓縮空氣儲能的一項重要突破，達到國際領(lǐng)先水平”。于2016年在貴州畢節(jié)建成目前國際唯一的10MW級新型壓縮空氣儲能示范系統(tǒng)，系統(tǒng)效率達60.2%，是全球目前系統(tǒng)效率最高的壓縮空氣儲能系統(tǒng)。于2017年啟動100MW系統(tǒng)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作，目前已完成100MW系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計效率達70.4%，完成了系統(tǒng)關(guān)鍵部件加工、裝配及測試工作，正在開展工程施工及設(shè)備安裝工作。預計于2021年底完成調(diào)試，投入試運行。整體研發(fā)進程及系統(tǒng)性能均處于國際領(lǐng)先水平。
《儲能科學與技術(shù)》：壓縮空氣儲能技術(shù)研究難點或者說制約其發(fā)展的原因有哪些？
紀律：壓縮空氣儲能技術(shù)研究的難點主要包括以下幾個方面：
（1）儲能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、集成與控制技術(shù)；
（2）寬負荷多級壓縮機全三維設(shè)計與變工況調(diào)節(jié)技術(shù)；
（3）高負荷多級透平膨脹機全三維設(shè)計與變工況調(diào)節(jié)技術(shù)；
（4）陣列式超臨界蓄熱（冷）換熱器設(shè)計技術(shù)。
目前，壓縮空氣儲能技術(shù)尚處于示范及商業(yè)化發(fā)展初期，未實現(xiàn)如抽水蓄能技術(shù)那樣的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，主要原因包括：
（1）技術(shù)研發(fā)門檻較高，需要進一步提高系統(tǒng)性能。但由于壓縮空氣儲能系統(tǒng)是多學科交叉、多過程耦合的系統(tǒng)工程，需要組建較大規(guī)模的研發(fā)團隊，并且研發(fā)投入大、周期長，技術(shù)研發(fā)門檻高，因此開展壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)的機構(gòu)較少，并且大多處于理論研究和系統(tǒng)分析階段，開展實驗及中試系統(tǒng)建設(shè)的單位較少，技術(shù)研發(fā)及示范周期較長；
（2）項目投資門檻高，需要進一步推進大規(guī)模示范項目建設(shè)。壓縮空氣儲能系統(tǒng)是適用于大規(guī)模長時儲能的能量型儲能技術(shù)，系統(tǒng)規(guī)模越大，儲能容量越高，其單位成本越低，系統(tǒng)效率越高，經(jīng)濟性越好。因此，其最有優(yōu)勢的單體設(shè)備規(guī)模為100~300MW，主要適合應用于電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)及少量高耗能用戶側(cè)應用，建設(shè)投資達數(shù)億元，項目應用及投資門檻高，影響該技術(shù)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣進程；
（3）尚未出臺壓縮空氣儲能的支持政策，尚未形成合理的價格機制，因此未形成可推廣的成熟商業(yè)模式。壓縮空氣儲能技術(shù)可實現(xiàn)包括調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、應急響應、黑啟動等一系列功能，但目前往往只按照其某種功能進行結(jié)算，沒有形成合理的市場價格機制，無法真正體現(xiàn)壓縮空氣儲能的價值，未形成合理的、可復制的商業(yè)模式，從而推進該技術(shù)的大規(guī)模應用。其實壓縮空氣儲能從功能、成本、效率、壽命等各方面，基本同抽水蓄能相當，針對抽水蓄能已形成兩部制電價機制，建議參考抽水蓄能給予壓縮空氣儲能相同或類似的電價政策。
《儲能科學與技術(shù)》：就國內(nèi)環(huán)境來說，想要開展壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)工作，需要具備怎樣的條件？企業(yè)參與門檻有多高？
紀律：壓縮空氣儲能技術(shù)是復雜的儲電系統(tǒng)，其研發(fā)門檻較高，主要包括：
（1）需要組建大規(guī)模研發(fā)團隊。壓縮空氣儲能技術(shù)是多學科交叉、多過程耦合的系統(tǒng)工程，各核心設(shè)備及工程均需要有專人負責技術(shù)工作，因此要組建涵蓋了工程熱力學、傳熱學、流體力學、電力系統(tǒng)、機械工程、控制技術(shù)等多個學科的大規(guī)模專業(yè)技術(shù)研發(fā)團隊；
（2）需要建設(shè)功能齊全的大規(guī)模系列化實驗平臺。壓縮空氣儲能技術(shù)具有規(guī)模大、成本低、壽命長等技術(shù)優(yōu)勢，需要組建大型實驗平臺，包括基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)集成的試驗平臺，開展主設(shè)備及系統(tǒng)的集成驗證實驗；
（3）需要長時間的攻關(guān)和積累。壓縮空氣儲能技術(shù)各核心設(shè)備在研發(fā)設(shè)計過程中及樣機設(shè)計并加工完畢后，均需要開展大量實驗研究工作，掌握實驗數(shù)據(jù)并形成運行特性曲線，進而開展反向的優(yōu)化設(shè)計，各核心設(shè)備的效率是一點一點提升的，整個研發(fā)過程是持續(xù)迭代提升的過程，需要較長的研發(fā)歷程及研發(fā)周期；
（4）需要長期穩(wěn)定的資源投入。壓縮空氣儲能屬于典型的長時、大規(guī)模儲能，其研發(fā)難度高、周期長，研發(fā)過程需要長時間大量的研發(fā)經(jīng)費投入，并且樣機及示范項目規(guī)模大，特別是系統(tǒng)規(guī)模達到10~100MW級，示范工程建設(shè)資金需求量大，達到億元及數(shù)億元規(guī)模，投資門檻高。
《儲能科學與技術(shù)》：儲能應用場景多樣，沒有哪一種技術(shù)可以做到一枝獨秀，壓縮空氣的技術(shù)優(yōu)勢和應用場景有哪些？
紀律：先進壓縮空氣儲能技術(shù)具有規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染、儲能周期不受限制、不依賴化石燃料及地理條件等優(yōu)勢，是極具發(fā)展?jié)摿Φ拈L時大規(guī)模儲能技術(shù)，可廣泛應用于電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻（二次或三次）、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用、黑啟動等。
壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲能規(guī)模及儲能容量越大，其效率越高，單位成本越低。因此，壓縮空氣儲能屬于長時大規(guī)模儲能，主要適用于電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)及少數(shù)用電大戶。
（1）電源側(cè)
大規(guī)模壓縮空氣儲能系統(tǒng)主要配合大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電基地運行，起到平滑輸出等功能，儲存可再生能源發(fā)電棄風棄光電量并在有用電需求時并網(wǎng)發(fā)電，按照可再生能源發(fā)電并網(wǎng)電價結(jié)算，并且可以提升可再生能源發(fā)電的調(diào)節(jié)能力，滿足電網(wǎng)公司調(diào)度及爬坡率要求，減少罰款等。
針對大規(guī)?；鹆Πl(fā)電及核電，大規(guī)模壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以擔負調(diào)峰任務，保證火電、核電機組高負荷平穩(wěn)運行，并可作為電廠應急電源，保證電廠生產(chǎn)安全。
（2）電網(wǎng)側(cè)
大規(guī)模壓縮空氣儲能系統(tǒng)可響應區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度，配合區(qū)域電網(wǎng)運行調(diào)節(jié)，起到調(diào)峰、調(diào)頻、電壓支持、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用、應急響應等功能，為區(qū)域電網(wǎng)運行提供重要支撐，主要按照兩部制電價機制獲利，也可以參與電力系統(tǒng)輔助服務獲得收益。
（3）用戶側(cè)
針對大型用電企業(yè)，如電解鋁、云計算、煉鋼等，大規(guī)模壓縮空氣儲能系統(tǒng)可利用峰谷電價政策運行，在用電低谷（電價低）時多購電并儲存，在用電高峰（電價貴）時減少購電，利用已儲存電能，可以整體減少購電成本，為企業(yè)運行獲利。
《儲能科學與技術(shù)》：對于任何一種技術(shù)來說，成本始終是繞不開的話題，壓縮空氣儲能經(jīng)濟性如何？目前看到的更多是示范項目，何時實現(xiàn)商業(yè)化？
紀律：針對壓縮空氣儲能技術(shù)，發(fā)電功率和儲能容量越大，成本越低。目前，100MW壓縮空氣儲能的單位容量的投資成本約為1000~1250元/(kW·h)，待大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化后有望降至1000元/(kW·h)以下，系統(tǒng)平均每年的運行維護成本不超過初投資的1%，系統(tǒng)額定效率約為70%，較經(jīng)濟的儲能容量暨發(fā)電時長為4~8小時，是典型的大容量長時放電的大規(guī)模儲能電站，一般項目回收期約為5~9年，且系統(tǒng)壽命為30~50年，整體項目經(jīng)濟性較好，有廣闊的推廣應用前景。
壓縮空氣儲能第一個10MW商業(yè)電站是山東肥城壓縮空氣儲能電站，已基本建成，計劃于2021年6月份投入運行。全球首套100MW先進壓縮空氣儲能示范項目位于河北張家口市，目前已完成主設(shè)備加工及測試，正在開展土建施工及設(shè)備安裝工作，計劃于2021年年底建成。該項目是風光儲綜合能源示范項目中重要的組成部分，有望成為首個實現(xiàn)商業(yè)運行的100MW先進壓縮空氣儲能電站。通過首個示范項目完成產(chǎn)品定型，進而通過產(chǎn)業(yè)化公司投建核心設(shè)備的生產(chǎn)線，通過裝備制造規(guī)模化生產(chǎn)進一步提升性能和降低成本，從而實現(xiàn)大規(guī)模壓縮空氣儲能技術(shù)的大規(guī)模應用推廣。
《儲能科學與技術(shù)》：在碳達峰和碳中和的目標下，儲能市場空間如何，如何看待十四五以及未來中長期的儲能發(fā)展趨勢？
紀律：在碳達峰、碳中和的大背景下，可再生能源會加快發(fā)展，而儲能技術(shù)是根本解決可再生能源間歇性、不穩(wěn)定性的核心技術(shù)，因此目前能源領(lǐng)域的大形勢對于儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常有利。據(jù)國際能源署預測，到2050年，儲能裝機將占電力總裝機的10%~15%，是公認的萬億級市場，發(fā)展空間極大。目前，雖然抽水蓄能技術(shù)仍然占儲能總裝機的90%左右，但是近些年化學電池、壓縮空氣儲能、飛輪等新型儲能技術(shù)發(fā)展迅速。近些年，隨著可再生能源的快速發(fā)展，對于儲能技術(shù)的需求越來越迫切，各方最新的預測到2030年全球儲能裝機（不含抽蓄）將突破100GW，到2040年將突破200GW，新型儲能技術(shù)在未來大有可為。
目前的儲能技術(shù)包括多種，各自都有自身的優(yōu)勢和適用場景，因此，在沒有新的重大技術(shù)突破的前提下，未來應該還是各項主流儲能技術(shù)共同發(fā)展的態(tài)勢。在后續(xù)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，將進一步從規(guī)模、成本、壽命等方面推進儲能技術(shù)升級，將系統(tǒng)規(guī)模從之前已成熟的1~10MW向100~300MW級跨越，將初投資成本從1500~2000元/(kW·h)降低至1000元/(kW·h)以內(nèi)，將度電成本降至0.2元/(kW·h)以內(nèi)，將系統(tǒng)循環(huán)壽命從5000次提高至10000次以上，使各項儲能技術(shù)更加有競爭優(yōu)勢。此外，個人認為還需要從以下幾方面重點推進。
一是形成行之有效的儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。確定行之有效的儲能產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃，研究推動將儲能納入能源、電力、新能源發(fā)展規(guī)劃，做好儲能技術(shù)路線導航指引和商業(yè)模式創(chuàng)新，引導儲能產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。
二是形成合理的儲能價格機制和市場環(huán)境。繼續(xù)加快電力市場化進程，形成合理的儲能價格機制，充分體現(xiàn)儲能系統(tǒng)各項功能及其價值。本著誰受益、誰承擔的原則，建立各類市場主體共同參與的成本分攤和收益共享機制，明確各類儲能電站作為獨立主體納入電力市場交易，為儲能發(fā)展創(chuàng)造有利條件。
三是支持先進儲能技術(shù)創(chuàng)新及應用示范。支持各類先進儲能技術(shù)研發(fā)，進一步提升儲能系統(tǒng)性能。支持100MW級大規(guī)模儲能示范項目建設(shè)，培育有市場競爭力的商業(yè)模式，并開展扶持政策的先行先試。鼓勵多種儲能技術(shù)的綜合應用示范，以提高總體效率，豐富儲能電站功能，更好滿足不同儲能用戶的需求。
四是形成完備的儲能產(chǎn)業(yè)標準體系。建立健全相關(guān)技術(shù)標準與工程規(guī)范體系，合理設(shè)置準入門檻，避免低價低質(zhì)量競爭干擾市場正常運行，維護產(chǎn)業(yè)發(fā)展秩序。統(tǒng)一儲能項目的管理要求，成立政府專屬職能機構(gòu)，建立科學的監(jiān)管機制和有效的監(jiān)管指標，保障市場的公平競爭。
相信，在國家政策的支持下，在儲能用戶及投資方的支持下，在儲能產(chǎn)業(yè)同仁的共同努力下，儲能產(chǎn)業(yè)必將迎來快速發(fā)展，儲能的未來光明且美好。
