中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近年來(lái)，隨著我國(guó)各行業(yè)“雙碳”目標(biāo)及“十四五”規(guī)劃的提出，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生資源利用得到了快速發(fā)展。在“雙碳”目標(biāo)提出和能源轉(zhuǎn)型的火熱發(fā)展過(guò)程中，以風(fēng)光發(fā)電為主的新型發(fā)電方式正逐步替代傳統(tǒng)發(fā)電。
由于風(fēng)光電的輸出功率受到自然條件的影響，無(wú)法避免會(huì)出現(xiàn)棄電棄光的情況。這不僅浪費(fèi)了可再生能源，也可能對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。風(fēng)光電的不可控性和短周期波動(dòng)性可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全造成威脅。如果大量的風(fēng)光電突然涌入電網(wǎng)，可能會(huì)引起電網(wǎng)的波動(dòng)和不穩(wěn)定，甚至可能導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰。因此，為了解決風(fēng)光電的不可控以及短周期波動(dòng)不穩(wěn)定性產(chǎn)生的問(wèn)題，需要采取相應(yīng)的措施，如加強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)和管理、推廣儲(chǔ)能技術(shù)、優(yōu)化電力調(diào)度等。在新舊電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)下，可控化和可儲(chǔ)化成為能源發(fā)展的核心問(wèn)題。
在全球氣候變化和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的背景下，碳達(dá)峰、碳中和已成為全球各國(guó)的共同目標(biāo)。壓縮空氣儲(chǔ)能（Compressed Air Energy Storage），簡(jiǎn)稱CAES，作為一種具有潛力的能源儲(chǔ)存和釋放方式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。是一種利用壓縮空氣來(lái)儲(chǔ)能的技術(shù)。目前，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，是繼抽水蓄能之后，第二大被認(rèn)為適合GW級(jí)大規(guī)模電力儲(chǔ)能的技術(shù)。本文旨在探討壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的原理與技術(shù)路線、發(fā)展現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)分析等，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考。
1 CAES原理與技術(shù)路線
1.1 概述
能源存儲(chǔ)領(lǐng)域涵蓋多種技術(shù)，其中機(jī)械儲(chǔ)能中的壓縮空氣儲(chǔ)能備受矚目。與抽水蓄能相比，壓縮空氣儲(chǔ)能受地理?xiàng)l件限制小，建設(shè)周期短，且環(huán)保無(wú)污染，未來(lái)有望成為新型儲(chǔ)能技術(shù)的有力候選。其工作原理包括儲(chǔ)能和釋能兩個(gè)階段。儲(chǔ)能時(shí)，利用多余電能將空氣壓縮并儲(chǔ)存，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；釋能時(shí)，高壓空氣釋放并經(jīng)過(guò)加熱，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電，再次轉(zhuǎn)化為電能。這一技術(shù)的推廣與應(yīng)用，對(duì)于提升能源利用效率和推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型具有重要意義。
1.2 CAES的主流技術(shù)路徑
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)從廣義上可以分為傳統(tǒng)和新型兩種技術(shù)路徑。傳統(tǒng)技術(shù)路徑主要依賴于補(bǔ)燃式系統(tǒng)，需要燃燒室和化石燃料（如煤、石油或天然氣）作為熱源。然而，這種技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)。首先，它依賴于天然氣等化石燃料作為熱源，這增加了其對(duì)環(huán)境的影響。其次，需要大型的儲(chǔ)氣洞穴，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，這增加了其建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的復(fù)雜性。最后，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率較低，例如Huntorf和McIn-tosh電站的效率分別為42%和54%，這限制了其在能源市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。相比之下，新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)正在尋求更高效和環(huán)保的解決方案，通過(guò)更高效和環(huán)保的方式來(lái)存儲(chǔ)和釋放能量，以克服這些限制。為了克服傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者們已經(jīng)開(kāi)始探索新型的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。這些新型技術(shù)包括先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能、蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能、等溫壓縮空氣儲(chǔ)能、液態(tài)空氣儲(chǔ)能和超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能等。
1.2.1 先進(jìn)絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能
先進(jìn)絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能（AA-CAES）是一種高效的能源存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)回收和再利用壓縮空氣中的熱能，避免了傳統(tǒng)技術(shù)的燃料補(bǔ)燃環(huán)節(jié)。該技術(shù)利用可再生能源如棄風(fēng)、低谷電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮并儲(chǔ)存，同時(shí)回收壓縮熱并存儲(chǔ)。在需要釋放能量時(shí)，AA-CAES通過(guò)透平系統(tǒng)釋放壓縮熱能，實(shí)現(xiàn)空氣壓力勢(shì)能和壓縮熱能的耦合釋能發(fā)電。該技術(shù)不僅適用于電能單能流應(yīng)用，還可應(yīng)用于熱電多能流場(chǎng)景，具有靈活性和廣闊的應(yīng)用前景。AA-CAES作為CAES技術(shù)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一，其高效低成本的特點(diǎn)使其成為未來(lái)能源存儲(chǔ)的重要選擇。
1.2.2 蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能
蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能（TS-CAES）與絕熱式的主要區(qū)別在于其冷卻和加熱機(jī)制。TS-CAES采用級(jí)間冷卻和加熱，通過(guò)蓄熱器吸收和釋放熱能。在充氣儲(chǔ)能時(shí)，冷介質(zhì)吸收熱能并存儲(chǔ)于高溫蓄熱器；放氣發(fā)電時(shí)，熱介質(zhì)加熱壓縮空氣并儲(chǔ)存于低溫蓄熱器。這種設(shè)計(jì)降低了儲(chǔ)熱溫度和壓縮機(jī)材料要求，減小了壓縮側(cè)功率，但增加了能量損失和投資成本。盡管如此，其工程實(shí)踐性和可靠性更高。中科院工程熱物理研究所于2016年在貴州畢節(jié)建成的10 MW示范系統(tǒng)，在額定工況下效率達(dá)60.2%，創(chuàng)全球壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率新紀(jì)錄。
1.2.3 等溫式壓縮空氣儲(chǔ)能
等溫壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)采用活塞機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓縮過(guò)程，通過(guò)噴射水霧或液體活塞實(shí)現(xiàn)大面積換熱，將壓縮熱存儲(chǔ)并在膨脹時(shí)重新加熱空氣。該技術(shù)通過(guò)增大氣液接觸面積和時(shí)間，利用高比熱容液體維持恒定溫度環(huán)境，使空氣壓縮和膨脹過(guò)程近似等溫，極大降低熱損失，提高系統(tǒng)效率。美國(guó)SustainX和GeneralCompression公司分別建成了1.5MW/1.5MW·h和2MW/500MW·h的示范系統(tǒng)，標(biāo)志著該技術(shù)在商業(yè)化應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展。等溫壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊，有望為能源存儲(chǔ)領(lǐng)域帶來(lái)革命性變革。
1.2.4 液態(tài)空氣儲(chǔ)能
液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)（LAES）將電能轉(zhuǎn)化為液態(tài)空氣內(nèi)能，實(shí)現(xiàn)能量高效存儲(chǔ)。儲(chǔ)能時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)空氣分離和液化裝置，生成液態(tài)空氣并存于低溫儲(chǔ)罐；釋能時(shí)，液態(tài)空氣加壓吸熱，驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電。我國(guó)已建設(shè)多個(gè)液態(tài)空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，其中江蘇同里的500 kW/0.5 MW·h實(shí)驗(yàn)樣機(jī)是首個(gè)試點(diǎn)，而青海格爾木的世界最大項(xiàng)目更是運(yùn)用尖端技術(shù)，儲(chǔ)能功率達(dá)6萬(wàn)kW，電量60萬(wàn)kW·h。液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為能源存儲(chǔ)領(lǐng)域帶來(lái)新的突破，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。
1.2.5 超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能
超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)（簡(jiǎn)稱SC-CAES）利用空氣液化技術(shù)，使得系統(tǒng)中的部分環(huán)節(jié)中，空氣以超臨界狀態(tài)存在。在儲(chǔ)能過(guò)程中，系統(tǒng)利用電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮至超臨界狀態(tài)。在回收壓縮熱之后，利用存儲(chǔ)的冷能將空氣冷卻液化，并將其存儲(chǔ)在低溫儲(chǔ)罐中。在釋放能量的環(huán)節(jié)，液態(tài)空氣經(jīng)過(guò)加壓處理并回收冷量，達(dá)到超臨界狀態(tài)。然后，在進(jìn)一步吸收壓縮熱后，液態(tài)空氣通過(guò)透平膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所于2009年開(kāi)發(fā)了一種超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。在2013年，該所在廊坊成功研制了一臺(tái)1.5MW的儲(chǔ)能示范裝置。
2 CAES發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 國(guó)內(nèi)CAES發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)起步相對(duì)較晚，2000年后才真正開(kāi)始在國(guó)內(nèi)受到重視，這主要是由于國(guó)家開(kāi)始重視可再生能源的發(fā)展與應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所是國(guó)內(nèi)較早對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)開(kāi)展研究和實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)，并取得了一些重要的進(jìn)展。2005年，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所建成15kW液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。這種技術(shù)利用液態(tài)空氣作為儲(chǔ)能介質(zhì)，可以在需要時(shí)釋放出來(lái)，從而提高了能源的利用效率。2013年在河北廊坊建成國(guó)內(nèi)第一套1.5MW超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，系統(tǒng)效率達(dá)到了52.1%，是我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能的一項(xiàng)重要突破。南網(wǎng)科研院新能源與綜合能源團(tuán)隊(duì)、清華大學(xué)電機(jī)系儲(chǔ)能團(tuán)隊(duì)和西安交通大學(xué)等也投入諸多的資源和資金來(lái)研究壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，并取得了一些重要的進(jìn)展。
此外，國(guó)內(nèi)一些能源央企也對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能的應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)發(fā)展、市場(chǎng)需求和未來(lái)前景展開(kāi)了分析，例如中國(guó)石油天然氣股份有限公司、中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)（簡(jiǎn)稱“中國(guó)能建”）、中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)（簡(jiǎn)稱“中國(guó)電建”、中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)、國(guó)家能源集團(tuán)和國(guó)家電網(wǎng)有限公司等。
目前，國(guó)內(nèi)已建成投運(yùn)多個(gè)的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，裝機(jī)容量從kW級(jí)發(fā)展到MW級(jí)規(guī)模，2022年更是有GW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目備案，但國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成并投入運(yùn)營(yíng)的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)量相對(duì)較少，且規(guī)模相較于抽水蓄能等新型儲(chǔ)能方式普遍較小。這意味著該領(lǐng)域的發(fā)展尚處于起步階段，需要更多的項(xiàng)目實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累。
據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）統(tǒng)計(jì)，2022年間，國(guó)內(nèi)新增壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目（含規(guī)劃、在建和投運(yùn)）接近10GW，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)模正在由100MW向300 MW功率等級(jí)方向加速發(fā)展。根據(jù)CNESA DataLink全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，截至2023年12月底，中國(guó)已投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模86.5GW，同比增長(zhǎng)45%。已投運(yùn)新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)34.5GW/74.5GW·h，功率和能量規(guī)模同比增長(zhǎng)均超150%，經(jīng)計(jì)算可以得到壓縮空氣儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模約為2070MW。隨著可再生能源的快速發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，儲(chǔ)能市場(chǎng)正迎來(lái)巨大的需求。作為極具潛力的大型長(zhǎng)時(shí)機(jī)械儲(chǔ)能方式，壓縮空氣儲(chǔ)能的應(yīng)用前景將更加廣闊。
2.2 國(guó)內(nèi)示范CAES電站
2023年12月，我國(guó)公布新一批新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目，其中壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)備受矚目，共有12個(gè)項(xiàng)目入選。這些項(xiàng)目規(guī)模龐大，投資過(guò)億，將推動(dòng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用。大容量系統(tǒng)能提升整體效率，有望在長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模儲(chǔ)能中發(fā)揮更大作用。然而，大規(guī)模建設(shè)仍面臨技術(shù)裝備研發(fā)、系統(tǒng)集成和地下工程實(shí)施等挑戰(zhàn)。盡管如此，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景依然廣闊，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α＿@些示范項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行將為未來(lái)能源存儲(chǔ)領(lǐng)域帶來(lái)革命性變革。
在選擇大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能電站地點(diǎn)時(shí)，地質(zhì)構(gòu)造至關(guān)重要。鹽穴和人工硐室是主要的儲(chǔ)氣方式，具有多種優(yōu)點(diǎn)，如儲(chǔ)量大、成本低、密封性好、穩(wěn)定性高、安全性強(qiáng)以及對(duì)環(huán)境影響小等，能夠滿足大規(guī)模能源儲(chǔ)存的需求，提高能源的利用效率和可靠性。然而，找到合適的地點(diǎn)具有挑戰(zhàn)性，需要在城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田保護(hù)紅線以及生態(tài)保護(hù)紅線范圍之外，滿足工程地質(zhì)要求、合適的水文地質(zhì)條件、交通便利以及周邊環(huán)境適宜建設(shè)壓縮空氣儲(chǔ)能電站等多個(gè)條件。
因此人工硐室型壓縮空氣儲(chǔ)能電站在選址中要進(jìn)行室內(nèi)普選、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、選址勘察、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性評(píng)估和硐室圍巖穩(wěn)定性評(píng)估等關(guān)鍵流程，需要充分論證工程的可行性，以確保項(xiàng)目建設(shè)順利進(jìn)行，降低風(fēng)險(xiǎn)，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
3 CAES產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)是一種相對(duì)新興的儲(chǔ)能技術(shù)，目前正處于技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)階段。由于該技術(shù)的發(fā)展時(shí)間較短，尚未形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)，導(dǎo)致初始投資成本較高且不穩(wěn)定。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，未來(lái)壓縮空氣儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)效益及產(chǎn)業(yè)鏈完整度將進(jìn)一步提升和完善，應(yīng)用場(chǎng)景和市場(chǎng)機(jī)會(huì)也將不斷擴(kuò)大。本節(jié)將對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能從需求端、供應(yīng)端以及支撐鏈三個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。
3.1 需求端
壓縮空氣儲(chǔ)能電站的需求端涵蓋了發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)和消費(fèi)側(cè)三大領(lǐng)域，充分展現(xiàn)了其多元化和綜合性的應(yīng)用潛力。
在發(fā)電側(cè)，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)成為可再生能源發(fā)電設(shè)施的重要補(bǔ)充。當(dāng)風(fēng)力、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電出現(xiàn)多余或波動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以迅速介入，將多余電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣儲(chǔ)存起來(lái)。這不僅平衡了電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，還提供了穩(wěn)定的電力輸出，為可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。輸電側(cè)則是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮調(diào)峰填谷、優(yōu)化能源配置作用的關(guān)鍵領(lǐng)域。作為分布式能源儲(chǔ)能系統(tǒng)，它可以幫助電網(wǎng)維持穩(wěn)定的電壓和頻率，提高供電可靠性。特別是在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)突發(fā)負(fù)荷或緊急情況時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為備用電源的角色更加凸顯，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。消費(fèi)側(cè)則體現(xiàn)了壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。工業(yè)用戶可以借助儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑負(fù)載波動(dòng)，降低用電成本；商業(yè)用戶可以通過(guò)參與電力市場(chǎng)交易，實(shí)現(xiàn)電能的靈活調(diào)度；居民用戶則可以利用儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存太陽(yáng)能或風(fēng)能，提高自給自足能力。這些應(yīng)用不僅降低了用電成本，還促進(jìn)了清潔能源的普及和應(yīng)用。
壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模大小也是影響其應(yīng)用的重要因素。大型系統(tǒng)主要用于電力系統(tǒng)的削峰填谷和平衡電力負(fù)荷，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性；小型系統(tǒng)則更適合于城區(qū)供能系統(tǒng)、分布式供能和小型電網(wǎng)等領(lǐng)域，具有更廣泛的應(yīng)用前景；微型系統(tǒng)則以其小巧靈活的特點(diǎn)，在特殊領(lǐng)域和偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)揮著重要作用。
3.2 供應(yīng)端
壓縮空氣儲(chǔ)能的供應(yīng)端涵蓋了儲(chǔ)氣資源供應(yīng)與項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)運(yùn)營(yíng)兩大關(guān)鍵領(lǐng)域。在儲(chǔ)氣資源方面，地下洞穴與地上壓力容器是主要的儲(chǔ)氣裝置。地下洞穴儲(chǔ)氣規(guī)模龐大且成本較低，但受地質(zhì)條件限制；而地上壓力容器，尤其是靈活布置的小型壓力管道，為儲(chǔ)氣提供了更多可能性。我國(guó)鹽穴資源豐富，尤以東部為甚，這些鹽穴在壓縮空氣儲(chǔ)能中展現(xiàn)出卓越的經(jīng)濟(jì)性。鹽業(yè)企業(yè)與技術(shù)提供商攜手，共同推進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。
在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)運(yùn)營(yíng)方面，我國(guó)已躋身全球壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的領(lǐng)軍行列。中科院熱物理研究所下屬的中儲(chǔ)國(guó)能及清華大學(xué)等高校，成為技術(shù)創(chuàng)新的重要力量。中儲(chǔ)國(guó)能憑借深厚的科研背景，為行業(yè)技術(shù)研發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，中國(guó)能建、中國(guó)電建等施工單位在項(xiàng)目建設(shè)上展現(xiàn)出豐富經(jīng)驗(yàn)，確保項(xiàng)目順利推進(jìn)。
3.3 支撐鏈
壓縮空氣儲(chǔ)能的支撐鏈主要包括相關(guān)設(shè)備，如壓縮機(jī)、膨脹劑、換熱器等。這些設(shè)備在壓縮空氣儲(chǔ)能過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，確保系統(tǒng)能夠高效、安全地儲(chǔ)存和釋放能量。在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，包括了壓縮、存儲(chǔ)和釋能三個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，這需要使用多種設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，核心設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)和膨脹機(jī)，它們分別用于壓縮和膨脹空氣以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。此外，還需要發(fā)電機(jī)、渦輪機(jī)以及熱交換器設(shè)備等。
從成本占比來(lái)看，空氣壓縮機(jī)和膨脹機(jī)各占約20%的成本比例，蓄熱換熱裝置占15%~20%?？諝鈮嚎s機(jī)是轉(zhuǎn)化氣體壓力能的關(guān)鍵裝置，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)沈鼓集團(tuán)、陜鼓動(dòng)力等企業(yè)已具備提供大型壓縮機(jī)技術(shù)方案的能力，但大規(guī)模壓縮機(jī)仍需技術(shù)研發(fā)。透平膨脹機(jī)則是將壓縮空氣勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的核心部件，東方電氣、上海電氣等國(guó)內(nèi)企業(yè)正在加大研發(fā)力度。此外，熱交換系統(tǒng)是提高系統(tǒng)效率的關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)廠家已具備設(shè)計(jì)和加工能力，新型換熱器已在項(xiàng)目中得到應(yīng)用。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)企業(yè)在壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵設(shè)備領(lǐng)域已取得顯著進(jìn)展，為行業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。未來(lái)，隨著政策的進(jìn)一步支持和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，這些企業(yè)有望在全球壓縮空氣儲(chǔ)能市場(chǎng)中占據(jù)更重要的地位。
4 CAES展望
壓縮空氣儲(chǔ)能和抽水蓄能作為大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的代表，各自擁有優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)。抽水蓄能技術(shù)成熟，儲(chǔ)能容量大，但受限于地理?xiàng)l件且建設(shè)周期長(zhǎng)。相對(duì)而言，壓縮空氣儲(chǔ)能選址靈活，建設(shè)周期短，效率也相對(duì)較高，但其響應(yīng)速度較慢，技術(shù)成熟度仍需提高。兩者各有特點(diǎn)，選擇時(shí)需結(jié)合具體場(chǎng)景需求。國(guó)內(nèi)已有多項(xiàng)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目投產(chǎn)，技術(shù)進(jìn)步使效率、裝機(jī)容量和成本均有所改善。雖然與抽水蓄能相比，壓縮空氣儲(chǔ)能仍有進(jìn)步空間，但先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用已使其效率達(dá)到可觀水平，顯示出在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的巨大潛力。降低成本是推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，目前部分項(xiàng)目的單位千瓦投資成本已接近大型抽水蓄能電站。
然而，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。地理位置限制、響應(yīng)速度慢和產(chǎn)業(yè)鏈不成熟等問(wèn)題亟待解決。未來(lái)需進(jìn)一步評(píng)估和優(yōu)化地理位置，研發(fā)更快的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，并推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與完善。
5 結(jié)語(yǔ)
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)（CAES）作為清潔高效的能源儲(chǔ)存方式，不僅有助于降低溫室氣體排放，減緩氣候變化，還具備高靈活性、強(qiáng)適應(yīng)性和長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，適用于不同規(guī)模的能源儲(chǔ)存需求。在發(fā)電、輸電和消費(fèi)側(cè)，CAES都能發(fā)揮重要作用，提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低用電成本。盡管面臨系統(tǒng)效率、成本等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)進(jìn)步和政策支持，CAES技術(shù)有望未來(lái)推動(dòng)清潔能源領(lǐng)域的發(fā)展。
