壓縮空氣儲(chǔ)能（Compressed-Air Energy Storage, CAES）以空氣為介質(zhì)，通過(guò)在用電低谷期壓縮空氣，儲(chǔ)存熱量，進(jìn)而在用電高峰期加熱高壓空氣，驅(qū)動(dòng)機(jī)組產(chǎn)生電能?？膳c電化學(xué)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等功率型儲(chǔ)能技術(shù)相耦合構(gòu)成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，滿足新能源發(fā)電對(duì)快速調(diào)頻和大規(guī)模高效消納需求，是目前最為成熟、最具發(fā)展前景、可與抽水蓄能相類比的大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有力支撐。
一、基本情況
壓縮空氣儲(chǔ)能主要包含能量輸入、能量解耦、能量耦合和能量輸出4個(gè)過(guò)程，分為傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能和新型壓縮空氣儲(chǔ)能（包括絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能、蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能、等溫壓縮空氣儲(chǔ)能、液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能等）兩大技術(shù)路線，擁有大容量、長(zhǎng)壽命、深調(diào)峰、環(huán)保性好、建設(shè)周期短等優(yōu)勢(shì)。
壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、覆蓋廣，上游產(chǎn)業(yè)為設(shè)備制造和儲(chǔ)氣庫(kù)，中游為技術(shù)提供及工程建設(shè)方，下游為投資運(yùn)營(yíng)商（業(yè)主單位），目前在研發(fā)和制造等核心環(huán)節(jié)無(wú)卡點(diǎn)，基本實(shí)現(xiàn)全環(huán)節(jié)國(guó)產(chǎn)化。
數(shù)據(jù)來(lái)源：根據(jù)公開資料整理，北國(guó)咨繪制
圖1 我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈概況
二、發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在全球快速發(fā)展，我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能也不斷在大容量、高參數(shù)、規(guī)模化方向上實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，主要具備以下四個(gè)特征。
1、市場(chǎng)規(guī)?？焖侔l(fā)展。《2024中國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2023年全球壓縮空氣儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)約為2527.3MW，國(guó)外已建成的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目共16個(gè)，累計(jì)裝機(jī)容量2344.8MW；國(guó)內(nèi)7個(gè)示范項(xiàng)目已建成并網(wǎng)，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模182.5MW，占比約7%。國(guó)內(nèi)已簽約或開工建設(shè)的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目25個(gè)，累計(jì)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)到8797MW，是目前全球裝機(jī)規(guī)模的3.5倍，預(yù)計(jì)2027年中國(guó)投運(yùn)的壓縮空氣儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到5.8GW/23.2GWh。
2、政策引導(dǎo)效應(yīng)突出?！?ldquo;十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》提出“百兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)”是核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向之一，創(chuàng)新技術(shù)試點(diǎn)示范“百兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用”，今年國(guó)家能源局正式發(fā)布的56個(gè)新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單中壓縮空氣儲(chǔ)能占12個(gè)?！秶?guó)家發(fā)展改革委國(guó)家能源局關(guān)于加強(qiáng)新形勢(shì)下電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導(dǎo)意見》等多項(xiàng)政策文件均提出科學(xué)推進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能建設(shè)，是夯實(shí)電力系統(tǒng)穩(wěn)定基礎(chǔ)的重要一環(huán)。山西、寧夏、山東、吉林、青海等接連出臺(tái)相關(guān)支持政策，鼓勵(lì)壓縮空氣儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能發(fā)展。
3、技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)加快突破。技術(shù)創(chuàng)新方面，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所不斷實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、換熱器等關(guān)鍵技術(shù)突破；清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院著力于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)流程等，突破寬工況高效靈活運(yùn)行技術(shù)瓶頸；青海省壓縮空氣儲(chǔ)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室圍繞新型壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、壓縮空氣儲(chǔ)能與新能源發(fā)電協(xié)同優(yōu)化技術(shù)開展科研攻關(guān)。平臺(tái)建設(shè)方面，中國(guó)能建數(shù)科集團(tuán)與西安交通大學(xué)創(chuàng)建國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)，聚焦壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)開展攻關(guān)；青海大學(xué)與三峽集團(tuán)共建中國(guó)三峽－青海大學(xué)壓縮空氣儲(chǔ)能聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，打造多場(chǎng)景、全工況的新型壓縮空氣儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面，《壓縮空氣儲(chǔ)能電站運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》《電力儲(chǔ)能用壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)要求》兩個(gè)國(guó)標(biāo)將于2024年10月1日實(shí)施，《壓縮空氣儲(chǔ)能電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》國(guó)標(biāo)已獲批立項(xiàng)，《壓縮空氣儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》《壓縮空氣儲(chǔ)能電站可行性研究報(bào)告編制規(guī)程》《壓縮空氣儲(chǔ)能電站初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)程》等3項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已完成征求意見稿。
4、重大示范項(xiàng)目加快落地。2021年，由中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所提供技術(shù)支持的國(guó)際首套百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范項(xiàng)目在河北省張家口順利并網(wǎng)，首次采用人工硐室（即人工開發(fā)的地下儲(chǔ)氣洞穴），實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線首創(chuàng)。2024年4月，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的山東肥城國(guó)際首套300MW/1800MWh先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范電站首次并網(wǎng)，成功發(fā)電，每年能為100萬(wàn)居民提供約6億度高質(zhì)量電能。2024年6月，中國(guó)能建在山東省規(guī)劃布局建設(shè)3060MW儲(chǔ)能基地，發(fā)布《世界首臺(tái)（套）中國(guó)能建660MW壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案》，賦能“西電東送”新圖景。項(xiàng)目建成后將成為世界最大規(guī)模鹽礦定制造腔儲(chǔ)能基地和世界首臺(tái)（套）單機(jī)功率600MW級(jí)壓氣儲(chǔ)能電站，也是國(guó)內(nèi)首個(gè)受端大規(guī)模綠電消納樞紐工程，并首創(chuàng)“鹽電聯(lián)營(yíng)+采儲(chǔ)一體”集群式開發(fā)模式。
三、面臨挑戰(zhàn)
我國(guó)的壓縮空氣儲(chǔ)能研究和項(xiàng)目建設(shè)世界領(lǐng)先，但仍面臨三個(gè)方面的問題和挑戰(zhàn)：
一是選址受限、儲(chǔ)能效率偏低。目前已經(jīng)投產(chǎn)和在建的壓縮空氣儲(chǔ)能電站大多仍采用鹽穴儲(chǔ)能，要求地形具備一定高差，多適宜山地、丘陵和臺(tái)地等，同時(shí)要求氣象條件相對(duì)穩(wěn)定且氣溫波動(dòng)較大，加之會(huì)產(chǎn)生噪音、震動(dòng)等環(huán)境影響，所以選址要求較高。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)循環(huán)效率約為42%-53%，等溫壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)不夠成熟，實(shí)際值約為54%，已運(yùn)行的試驗(yàn)電站和商業(yè)電站多集中于絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能，兆瓦級(jí)至百兆瓦級(jí)別以上壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率一般約為55%-75%，總體來(lái)看，與抽水蓄能實(shí)際運(yùn)行可達(dá)82％左右的效率相比仍有一定差距。
二是項(xiàng)目建設(shè)成本偏高。壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī)、換熱設(shè)備等核心裝備對(duì)項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)濟(jì)性影響較大（約占總成本的55%），電站設(shè)備參數(shù)顯著差異化、核心裝備定制化生產(chǎn)等綜合因素導(dǎo)致成本過(guò)高。壓縮空氣儲(chǔ)能單位造價(jià)的成本為6000-9000元/kW，目前鹽穴項(xiàng)目單位造價(jià)已降至5500-6500元/kW，而鋰電池的造價(jià)為1210-2800元/kWh，存在較大的成本差異。
三是穩(wěn)定性和安全性仍待提高。壓氣儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，頻繁充氣、放氣過(guò)程影響地下鹽穴、人工硐室等儲(chǔ)能庫(kù)結(jié)構(gòu)層的受力情況，導(dǎo)致地層穩(wěn)定性發(fā)生改變，若儲(chǔ)氣庫(kù)出現(xiàn)泄漏或者其他問題，會(huì)有引發(fā)爆炸或者其他安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。
四、前景展望
目前我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)已基本成熟，未來(lái)重點(diǎn)是在電力系統(tǒng)、交通運(yùn)輸、建筑能源管理等領(lǐng)域大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用及推廣，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模越大，效率越高，成本越低，百兆瓦級(jí)以及更大規(guī)模的系統(tǒng)更為市場(chǎng)所青睞。同時(shí)，壓縮空氣儲(chǔ)能與其他新型儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合的綜合型儲(chǔ)能電站也是一種趨勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源的高效利用和儲(chǔ)存，提高可持續(xù)性。在技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)推廣和政策支持等多方面的努力下，壓縮空氣儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展將進(jìn)入快車道。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉笑馳,梅生偉,丁若晨等.壓縮空氣儲(chǔ)能工程現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用展望[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2023,43(10).
[2] 張瑋靈,古含,章超,葛昂,應(yīng)元旭.壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2023(04).
作 者
姜 月，長(zhǎng)期關(guān)注研究新能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域
黃曉潔，長(zhǎng)期關(guān)注研究新能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域
