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第一節(jié)：什么是壓縮空氣儲能？
壓縮空氣儲能，是指在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機發(fā)電的儲能方式。形式主要有，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統(tǒng)、液氣壓縮儲能系統(tǒng)。
關(guān)于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的形式也是多種多樣，按照工作介質(zhì)、存儲介質(zhì)與熱源可以分為：傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)（需要化石燃料燃燒）、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統(tǒng)、液氣壓縮儲能系統(tǒng)。
第二節(jié)：工作原理
壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C技術(shù)發(fā)展起來的一種能量存儲系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C的工作原理是，空氣經(jīng)壓縮機壓縮后，在燃燒室同燃料一同燃燒升溫，然后高溫高壓燃?xì)膺M(jìn)入渦輪膨脹做功。燃?xì)廨啓C的壓縮機需消耗約2/3的渦輪輸出功，因此燃?xì)廨啓C的凈輸出功遠(yuǎn)小于渦輪的輸出功。
壓縮空氣儲能系統(tǒng)的壓縮機渦輪不同時工作），在儲能時，壓縮空氣儲能系統(tǒng)耗用電能將空氣壓縮并存于儲氣室中；在釋能時，高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C燃燒室同燃料一起燃燒后，驅(qū)動渦輪發(fā)電。由于儲能、釋能分時工作，在釋能過程中，并沒有壓縮機消耗渦輪的輸出功。 因此，相比于消耗同樣燃料的燃?xì)廨啓C系統(tǒng)，壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以多產(chǎn)生1倍以上的電力。
第三節(jié)：壓縮空氣儲能系統(tǒng)的組成是什么？
一套完整的壓縮空氣系統(tǒng)五大關(guān)鍵設(shè)備組成：由壓縮機、冷卻器、壓力容器、回?zé)崞?、渦輪機以及發(fā)電機。各部件作用如下：
壓縮機：將空氣壓縮，將電能轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能，空氣壓力可達(dá)70-100 bar，溫度可達(dá) 1000 ° C；
冷卻器：熱交換設(shè)備，用于存入壓力容器前的冷卻，防止空氣在壓力容器或洞穴中壓力減少；
壓力容器：存儲冷卻后的空氣，若采用洞穴存儲，則需要滿足耐壓程度較高、密封性較好的地質(zhì)條件；
回?zé)崞鳎簾峤粨Q設(shè)備或燃燒室，將空氣溫度提高至1000℃左右，使渦輪機持續(xù)長時間穩(wěn)定運行，以便于提高渦輪機效率；
渦輪機：空氣通過渦輪機降壓，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能；
發(fā)電機：多為同步發(fā)電機，將動能轉(zhuǎn)化為電能；
第四節(jié)：壓縮空氣儲能系統(tǒng)功能
（1）削峰填谷 發(fā)電企業(yè)可利用壓縮空氣儲能系統(tǒng)存儲低谷電能，并在用電高峰時釋放使用，以實現(xiàn)削峰填谷；
（2）平衡電力負(fù)荷 壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以在幾分鐘內(nèi)從啟動達(dá)到全負(fù)荷工作狀態(tài)，遠(yuǎn)低于普通的燃煤/油電站的啟動時間，因此更適合作為電力負(fù)荷平衡裝置；
（3）需求側(cè)電力管理 在實行峰谷差別電價的地區(qū)，需求側(cè)用戶可以利用壓縮空氣儲能系統(tǒng)儲存低谷低價電能，然后在高峰高價時段使用，從而節(jié)約電力成本，獲得更大的經(jīng)濟效益；
（4）應(yīng)用于可再生能源 利用壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以將間歇的可再生能源拼接起來，以形成穩(wěn)定的電力供應(yīng)；
（5）備用電源 壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以建在電站或者用戶附近，作為線路檢修、故障或緊急情況下的備用電源
第五節(jié)：壓縮空氣儲能的分類？
（1）根據(jù)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的熱源不同，可以分為：①燃燒燃料的壓縮空氣儲能系統(tǒng)；②帶儲熱的壓縮空氣儲能系統(tǒng)；③無熱源的壓縮空氣儲能系統(tǒng)。
（2）根據(jù)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的規(guī)模不同，可以分為：①大型壓縮空氣儲能系統(tǒng)（單臺機組規(guī)模為100 MW級）；②小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)（單臺機組規(guī)模為10 MW級）；③微型壓縮空氣儲能系統(tǒng)（單臺機組規(guī)模為10 kW級）。
（3）根據(jù)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是否同其它熱力循環(huán)系統(tǒng)耦合，可以分為：①傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)；②壓縮空氣儲能-燃?xì)廨啓C耦合系統(tǒng)；③壓縮空氣儲能-燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)耦合系統(tǒng)；④壓縮空氣儲能-內(nèi)燃機耦合系統(tǒng)；⑤壓縮空氣儲能-制冷循環(huán)耦合系統(tǒng)；⑥壓縮空氣儲能-可再生能源耦合系統(tǒng)。
第六節(jié)：壓縮空氣儲能當(dāng)前存在的問題是什么？
目前壓縮空氣系統(tǒng)存在著諸多問題，其中最重要的是其與抽水蓄能一樣太受地理條件約束，建造壓縮空氣系統(tǒng)，需要特殊的地理條件來作為大型儲氣室，如高氣密性的巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，這一限制是影響這項技術(shù)推廣的重要因素之一。此外傳統(tǒng)的空氣壓縮系統(tǒng)，系統(tǒng)效率僅為40%-55%，相比抽水蓄能的80%，效率較低。
第七節(jié)：壓縮空氣儲能的電度成本
張家口的100MW級項目，造價是7.07億，初裝成本，100MW×4h，1600-1700元/kWh，7000元/kW，換算到度電成本大概是2毛5。一年330次循環(huán)，30年壽命，每年一個月檢修期。
第八節(jié)：壓縮空氣儲能的技術(shù)優(yōu)點
壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有容量大、工作時間長、經(jīng)濟性能好、充放電循環(huán)多等優(yōu)點，具體如下。
（1）壓縮空氣儲能系統(tǒng)適合建造大型電站（>100 MW），僅次于抽水電站；壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以持續(xù)工作數(shù)小時乃至數(shù)天，工作時間長。
（2）壓縮空氣儲能系統(tǒng)的建造成本和運行成本均比較低，遠(yuǎn)低于鈉硫電池或液流電池，也低于抽水蓄能電站，具有很好的經(jīng)濟性。
（3）壓縮空氣儲能系統(tǒng)的壽命很長，可以儲釋能上萬次，壽命可達(dá)40~50年；并且其效率可以達(dá)到70%左右，接近抽水蓄能電站。
第九節(jié)：壓縮空氣儲能的技術(shù)缺點
壓縮空氣儲能系統(tǒng)比較適合于大型系統(tǒng)，小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)一般應(yīng)用于一些特殊的領(lǐng)域效率不高，而大型系統(tǒng)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，大大限制了壓縮空氣儲能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
第十節(jié)：收益模式
第一種，可再生能源+儲能，風(fēng)光儲一體。
第二種，電網(wǎng)側(cè)儲能，類似抽水蓄能，響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度，依靠容量電價和電量電價，以示范項目的形式是可能的。電網(wǎng)特別需要長時儲能，抽水蓄能雖然開工了很多，但是建成是7年以后的事了。
第三方面就是用戶側(cè)，比較成功的就是山東的共享儲能模式，用戶能夠租賃、購買服務(wù)，共享儲能是個比較好的商業(yè)模式，山東儲能收益主要靠共享儲能，容量電價很少。
第四種，發(fā)電企業(yè)或者用戶自己裝，峰谷差套利省錢，電能質(zhì)量管理，極端情況下保電，提高電力保障可靠性。
第十一節(jié)：壓縮空氣儲能真有想象中那么好嗎？
隨著新能源裝機比例不斷擴大，對大容量長時間儲能系統(tǒng)的需求是一個共識。目前抽水蓄能系統(tǒng)是最成熟成本也相對低的大容量儲能系統(tǒng)，其他的大容量長時儲能技術(shù)幾乎都沒有完全商業(yè)化，壓縮空氣儲能是其中一種走的比較遠(yuǎn)的儲能系統(tǒng)系統(tǒng)。
但是目前我覺得有很多人看待壓縮空氣儲能過于樂觀了，所謂的先進(jìn)壓縮空氣儲能效率都能到60%，單位kw的投資成本又很低，這兩個特點目前來說是達(dá)不到的。在這我想要說說為啥達(dá)不到的關(guān)鍵因素-儲熱系統(tǒng)。
壓縮空氣儲能為什么需要儲熱系統(tǒng)呢，在壓縮空氣充能時，空氣經(jīng)過壓縮機被壓縮至高壓，同時空氣的溫度升高，傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能會將空氣經(jīng)過壓縮獲得的熱能散去，這就造成了能量的損失，效率會比較低，同時在放能時，將儲存在鹽穴中的高壓空氣通過透平向外做功，為了提高效率，會使用天然氣燃燒加熱空氣，這是傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能循環(huán)。
傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能電站其實在1978年就已經(jīng)在德國投入運行，這種壓縮空氣的儲能系統(tǒng)是不帶儲熱系統(tǒng)的，它的效率對外公布的是42%，具體是怎么來的呢，是它每向外發(fā)出1kwh的電，需要充入0.8kwh的電，同時還要消耗1.6kwh的天然氣，效率=1/（0.8+1.6）≈42%，這就是傳統(tǒng)壓縮空氣儲能40%多效率的來源。但是這個循環(huán)中消耗了化石能源天然氣，對將來實現(xiàn)雙碳目標(biāo)來說，是不適合的。
現(xiàn)在發(fā)展的先進(jìn)壓縮空氣儲能都是帶儲熱系統(tǒng)的，其就是把充能時空氣獲得的熱能通過換熱器儲存在某種介質(zhì)中，在放能時再把這部分熱能通過換熱器傳遞給空氣，變成高溫高壓的空氣通過透平向外做功，如果能將儲存的能量充分利用，目前的先進(jìn)壓縮空氣儲能循環(huán)的效率能夠達(dá)到60%，并且不需要天然氣補燃。如果能達(dá)到這樣的條件，似乎是能和抽水蓄能稍微比一比了，但目前來說，這樣的參數(shù)目前壓縮空氣儲能還達(dá)不到，具體是什么原因呢？
我們知道先進(jìn)壓縮空氣儲能與傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能最大的區(qū)別就是先進(jìn)壓縮空氣儲能帶有儲熱系統(tǒng)，不需要補燃，那么先進(jìn)壓縮空氣儲能的儲熱系統(tǒng)能否經(jīng)濟的完成，就是先進(jìn)壓縮空氣儲能能否商業(yè)化的重要影響因素。
但這個答案目前來說是否定的。
目前知網(wǎng)上已經(jīng)有許多有關(guān)先進(jìn)壓縮空氣儲能的仿真模擬，但在這些仿真模擬中，儲熱系統(tǒng)幾乎都是使用的導(dǎo)熱油，這是有問題的，主要原因有兩個：
①，高溫的導(dǎo)熱油是有壓力的，這意味著儲存導(dǎo)熱油的儲罐必須要做成壓力容器，這會導(dǎo)致兩個問題，第一，單個導(dǎo)熱油儲罐的容積不能做的太大，一個儲熱系統(tǒng)會有許多的導(dǎo)熱油儲罐并列；第二，導(dǎo)熱油儲罐的成本會非常的高。
②，導(dǎo)熱油的劣化，導(dǎo)熱油一般還是用作傳熱介質(zhì)，不用做儲熱介質(zhì)，主要是因為導(dǎo)熱油并不如熔鹽那般穩(wěn)定，光熱電站上的數(shù)據(jù)，導(dǎo)熱油需要每年補充1%，同時導(dǎo)熱油的價格也非常昂貴，達(dá)到4萬/噸，這使得使用導(dǎo)熱油作為儲熱介質(zhì)是非常不經(jīng)濟的。
但尷尬的是，壓縮空氣儲能，需要儲存能量的范圍大概60-400℃間，這個區(qū)間除了導(dǎo)熱油外目前沒有合適的儲能介質(zhì)來儲熱。
金壇壓縮空氣儲能項目是世界上第一個非補燃式的壓縮空氣儲能項目，目前使用的就是用導(dǎo)熱油作為儲熱材料，從公開的照片就可以看到，其廠區(qū)有一排并列的導(dǎo)熱油罐，其建設(shè)成本未找到公開資料，這個項目更多的是示范性質(zhì)的，我個人覺得用導(dǎo)熱油做儲熱介質(zhì)是沒有前途的，會導(dǎo)致超高的投資及運行成本。
目前還有的方案呢是利用水來儲存60到180℃左右的能量，這個方案呢也有一個問題，因為當(dāng)水高于100℃之后，它就有壓力了，意味著高溫水罐是不能用常見的那種水罐來儲存的。我們做過方案，目前考慮是用球罐，但球罐價格高，能做的單位也少，況且只存到180℃的話，電到電的效率基本也不會高于50%。
另外一種方案呢是用低熔點的熔鹽，比如如果研發(fā)出一種熔點為60℃的熔鹽，就基本上可以完美適配壓縮空氣儲能的儲熱需求。有非常多的單位說自己已經(jīng)開發(fā)出了低熔點熔鹽，但實際大規(guī)模使用的幾乎沒有。我個人判斷這條路線很難成功，主要就是覺得很難研發(fā)出一種經(jīng)濟的低熔點熔鹽來。我下這個判斷原因如下：工業(yè)中一直有需求100-400℃這個溫度區(qū)間的傳熱流體，目前主要用的是導(dǎo)熱油，200℃之上會用熔鹽，這是一個非常廣大的市場，在幾十年間有無數(shù)的企業(yè)和人才尋找過導(dǎo)熱油的替代品，但目前導(dǎo)熱油還幾乎是唯一的選擇，我不認(rèn)為通過一個小市場中的部分科研人員可以獲得低熔點鹽的突破，硝酸鹽的體系幾乎被研究爛了。
將水和熔鹽結(jié)合起來也是一種方案，就是用水儲存60-190℃間的能量，用熔鹽儲存190-400℃間的能量，我們對這種方案進(jìn)行過計算，效率的卻能達(dá)到很高，但是這個方案的投資幾乎要爆炸了。
根據(jù)上面的討論，我認(rèn)為在目前條件下壓縮空氣儲能的儲熱系統(tǒng)在經(jīng)濟性上是不合理的，要讓壓縮空氣儲能變成主流的大規(guī)模長時儲能技術(shù)，可能還需要對壓縮空氣儲能的原理有進(jìn)一步的優(yōu)化，或者避免儲存這個溫度區(qū)間的能量，或者找到一種創(chuàng)新的低成本的儲熱系統(tǒng)。
第十二節(jié)：壓縮空氣儲能技術(shù)的研發(fā)趨勢
（1）傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)將向壓縮空氣儲能與其它類型電站（如燃?xì)廨啓C和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)）耦合的方向發(fā)展，這樣既可以提高系統(tǒng)的靈活性，又可提高整個系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟性。
（2）帶儲熱的壓縮空氣儲能系統(tǒng)，除去了燃燒室，具有效率高、無污染的特點，并可以方便地和太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合，是壓縮空氣儲能技術(shù)的重要發(fā)展方向，但需要性能良好的儲熱材料和設(shè)備。
（3）小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能靈活。它利用高壓容器代替儲氣洞穴，能夠擺脫傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)對地形的依賴，可以用于備用電源、汽車動力和分布式供能系統(tǒng)等，具有廣泛的應(yīng)用前景。
（4）壓縮空氣儲能與可再生能源的耦合系統(tǒng)可以解決可再生能源的間斷性和不穩(wěn)定性問題，是提高風(fēng)能、太陽能等可再生能源的容量因子和大規(guī)模利用可再生能源的迫切需要，將是壓縮空氣儲能技術(shù)的近期主要發(fā)展方向。
（5）壓縮空氣儲能論文發(fā)表情況（2012-2020）
展望
壓縮空氣儲能技術(shù)在高比例間歇性可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的背景下具有前瞻性的戰(zhàn)略意義。有儲熱的空氣絕熱壓縮儲能系統(tǒng)不僅綜合儲能效率高達(dá) 70%，而且無需熱源供熱。相比有熱源的非絕熱壓縮空氣儲能、有儲熱的空氣絕熱壓縮儲能系統(tǒng)，該技術(shù)路線無需燃燒燃料供熱，因此更加容易實現(xiàn)CO2減排。 在“雙碳”目標(biāo)和可再生能源使用比例逐步提高的背景下，帶有儲熱的絕熱空氣壓縮儲能技術(shù)與可再生能源耦合系統(tǒng)更具發(fā)展前景。
