中國儲能網(wǎng)訊：在全球應對氣候變化的共同努力下，清潔能源的發(fā)展已成為不可逆轉的趨勢。中國作為世界上最大的能源消費國，也在積極推動能源結構轉型，力爭在2030年前實現(xiàn)碳排放峰值，并在2060年前實現(xiàn)碳中和目標。這一戰(zhàn)略目標不僅對能源生產(chǎn)和消費方式提出了新的要求，也對能源儲能技術提出了更高的需求。
在清潔能源的大規(guī)模應用中，風能和太陽能由于其間歇性和波動性，如何有效地儲存并平衡供需成為一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的電網(wǎng)雖然能夠傳輸電能，但卻無法儲存電能，因此，大規(guī)模的儲能技術應運而生。而在這些技術中，壓縮空氣儲能（CAES）憑借其規(guī)模大、成本相對較低的優(yōu)勢，成為了解決清潔能源儲存難題的有力工具。
1 壓縮空氣儲能的基本原理
壓縮空氣儲能的基本原理相對簡單卻非常高效。在電力需求較低的時段，風能、太陽能等多余電能被用來驅動壓縮機，將空氣壓縮并儲存在地下的硬巖儲庫中；在電力需求高峰時，儲存的壓縮空氣被釋放，驅動膨脹機帶動發(fā)電機發(fā)電，進而將儲存的能量重新轉化為電能。
地下硬巖儲庫作為壓縮空氣儲能的核心，承擔著高壓空氣的儲存任務。相比于其他類型的儲庫，硬巖儲庫具有更好的安全性和適應性，特別是在中國的東北、華北等資源豐富但地形條件復雜的地區(qū)，硬巖儲庫的應用前景廣闊。
2 硬巖儲庫的挑戰(zhàn)與研究進展
2.1 氣密性能
在硬巖儲庫中，氣密性能直接影響到儲能系統(tǒng)的效率和安全性。由于硬巖地層中不可避免地存在各種裂縫和不連續(xù)面，如何確保高壓空氣的有效封閉成為一大挑戰(zhàn)。近年來，通過采用混凝土襯砌、鋼襯及高分子材料等不同的密封結構，研究人員取得了顯著進展。然而，如何在經(jīng)濟性和氣密性之間找到最佳平衡點，仍是當前研究的重點。
2.2 熱力過程
在壓縮空氣的充放氣過程中，空氣溫度會發(fā)生劇烈變化，這不僅影響儲庫的氣密性，還可能導致儲庫的結構變形和材料疲勞。因此，準確描述和預測這一過程中涉及的熱力過程成為保障儲庫安全和效率的關鍵。通過實驗研究和數(shù)值模擬，研究人員已經(jīng)初步揭示了溫度變化對儲庫系統(tǒng)的影響，但在實際工程中，仍需進一步的優(yōu)化和驗證。
2.3 穩(wěn)定性與安全性
硬巖儲庫在長期運行中會承受反復的高壓和高溫循環(huán)，這對其結構穩(wěn)定性提出了嚴峻考驗。尤其是在運行多年后，儲庫內(nèi)部可能出現(xiàn)微裂隙，這些裂隙在反復的應力作用下可能逐漸擴展，最終影響儲庫的安全性。當前的研究主要集中在如何通過設計優(yōu)化和材料選擇，提升硬巖儲庫的長期穩(wěn)定性。
3 中國壓縮空氣儲能的發(fā)展現(xiàn)狀與展望
3.1 當前發(fā)展現(xiàn)狀
中國的壓縮空氣儲能技術雖然起步較晚，但近年來在政策支持和技術進步的推動下，取得了顯著的發(fā)展。特別是在“雙碳”目標的推動下，壓縮空氣儲能技術逐漸從實驗室研究走向實際應用，并開始在各類清潔能源項目中扮演關鍵角色。
首先，湖南省的平江壓縮空氣儲能示范項目無疑是中國壓縮空氣儲能領域的重要里程碑。該項目是中國首個在硬巖地層中建造的淺埋儲氣硐室，旨在驗證硬巖儲庫在高壓條件下的氣密性、熱力過程以及長期穩(wěn)定性。通過這一項目，研究人員積累了寶貴的施工和運行經(jīng)驗，特別是在如何應對復雜地質(zhì)條件、確保儲庫氣密性等方面取得了重要進展。平江項目的成功為今后類似地質(zhì)條件下的儲能項目提供了有效的技術參考。
另一項值得關注的工程是山西大同云岡壓縮空氣儲能項目。該項目創(chuàng)新性地利用廢棄礦井進行改造，將原本閑置的地下空間轉變?yōu)楦咝У膲嚎s空氣儲能庫。這不僅大幅降低了建設成本，還充分體現(xiàn)了資源再利用的環(huán)保理念。在項目實施過程中，通過先進的密封技術和結構加固措施，項目團隊成功解決了廢棄礦井的氣密性和安全性問題，實現(xiàn)了穩(wěn)定的儲能和能量釋放。云岡項目的實施為廢棄礦井的再利用提供了新思路，展示了壓縮空氣儲能技術在特定場景下的廣闊應用前景。
此外，山東省濟寧壓縮空氣儲能項目也是中國在該領域的重要工程之一。作為目前中國規(guī)模較大的示范項目，濟寧項目結合了先進的儲能材料與智能化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對大規(guī)模風電、光電的高效儲存和調(diào)度。該項目特別強調(diào)儲庫的長周期穩(wěn)定性和低泄漏率，在項目運行過程中，通過對密封材料的優(yōu)化和智能化系統(tǒng)的集成管理，成功將空氣泄漏率控制在極低范圍內(nèi)。濟寧項目不僅展示了中國在壓縮空氣儲能技術上的創(chuàng)新能力，也為未來更大規(guī)模的儲能電站建設奠定了技術基礎。
隨著壓縮空氣儲能技術在全國范圍內(nèi)的推廣，越來越多的示范項目正在規(guī)劃和建設中。例如，在中國西北地區(qū)，多個新建的壓縮空氣儲能項目已經(jīng)進入可行性研究階段，這些項目將充分利用當?shù)刎S富的風能資源，結合先進的儲能技術，進一步提高風電的利用率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。未來，隨著更多項目的建成和投入使用，中國在壓縮空氣儲能領域的工程實踐將更加豐富，技術水平也將進一步提升。
3.2 挑戰(zhàn)與機遇
盡管壓縮空氣儲能技術在中國發(fā)展迅速，但要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用，仍然面臨著一系列挑戰(zhàn)。首先是成本問題。目前，壓縮空氣儲能的初始投資較高，特別是在硬巖儲庫的建設中，密封性和結構穩(wěn)定性的技術要求導致施工難度大，成本高昂。這使得該技術在大規(guī)模推廣中面臨經(jīng)濟性的挑戰(zhàn)。
其次，技術成熟度仍需進一步提升。雖然硬巖儲庫在氣密性、熱力管理和結構穩(wěn)定性等方面已經(jīng)取得了顯著進展，但在實際的長周期運行中，這些技術的可靠性和耐久性仍需通過更多的工程實踐來驗證。例如，如何有效降低儲庫的空氣泄漏率、如何確保儲庫在高壓和高溫條件下的長期穩(wěn)定運行，這些都是亟待解決的問題。
然而，挑戰(zhàn)與機遇并存。隨著清潔能源比例的不斷提高，電力系統(tǒng)對大規(guī)模儲能的需求也在迅速增加，這為壓縮空氣儲能技術提供了廣闊的市場空間。特別是在中國風光資源豐富但水資源匱乏的區(qū)域，壓縮空氣儲能是少數(shù)能夠有效應對這一挑戰(zhàn)的技術之一。
3.3 未來展望
展望未來，隨著技術的逐步成熟和成本的不斷降低，壓縮空氣儲能有望在中國實現(xiàn)更大規(guī)模的商業(yè)化應用。政策的持續(xù)支持也將為這一技術的推廣提供強有力的保障。例如，國家層面的能源發(fā)展戰(zhàn)略中已經(jīng)明確提出，要加快推動包括壓縮空氣儲能在內(nèi)的先進儲能技術的發(fā)展，這為行業(yè)發(fā)展指明了方向。
