全球压缩空气储能示范项目进展

压缩空气储能发展前景？

郭祚刚：随着以新能源为主体的新型电力系统的提出，储能技术，特别是压缩空气储能等大容量物理储能技术在新型电力系统中将扮演重要角色。在应用场景方面，压缩空气储能技术一方面可以通过电能存储与释放，实现夜间“风电出力高峰”与白天“电网负荷高峰”的双峰跨时空协同；另一方面，也可以通过参与电网调频服务，辅助新型电力系统的稳定运行。在技术路线方面，以“压缩热利用为主导的无补燃型压缩空气储能技术路线”与以“‘压缩热利用+天然气补燃’耦合的喷射补燃压缩空气储能技术路线”都处于蓬勃发展阶段，大容量、低成本与高性能的压缩空气储能技术将在“双碳目标”战略中扮演重要角色。

（来源：微信公众号“南方能源建设”  第一作者郭祚刚）

郭祚刚：男，高级工程师，博士，研究方向为综合能源技术，新型压缩空气储能技术。

压缩空气储能（Compressed-Air Energy Storage, CAES ）是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。通俗来说就是在用电低谷时，将空气压缩储存于储气室中，将电能转化为空气能存储起来；在用电高峰时释放高压空气，带动发电机发电。整个发电过程对大气无污染，为绿色环保能源发电项目。因此作为一种新型的储能技术，压缩空气储能已经被写入国家“十四五”规划中。根据目前技术形式分类，压缩空气储能分为传统压缩空气储能、带储热装置的先进压缩空气储能系统、液气压缩的液态空气储能系统等。其中，目前先进压缩空气储能已出现大规模建设案例，液态空气储能仍停留在示范项目阶段。

传统压缩空气储能系统原理图

更值得一提的是，百兆瓦级的先进压缩空气储能技术是目前面向大规模长时储能市场产业化的最佳功率级别，对我国整个压缩空气储能产业发展和大范围应用有着推动意义。同时，在能源行业存储、技术驱动方面，为碳中和和构建新型电力系统提供有力支持，该系统用蓄热装置代替传统压缩空气储能系统的燃烧室，摆脱了对天然气、石油等化石燃料的依赖，可实现对环境的零排放，零污染。

经过近50年的生产运作和不断发展，压缩空气储能已成为除抽水蓄能之外的另一种大规模物理储能技术，其特点是容量最大、技术成熟和商业化。相较于电池储能、飞轮储能等其他形式的储能技术，压缩空气储能具有储能效率高、使用寿命长、储放容量大、投资成本较低等优点。能够在实现电网削峰填谷、促进新能源高效消纳、提升电力系统安全性和灵活性等方面发挥重要作用。

但截至2020年底，我国已投运的压缩空气储能装机规模尚不及抽水蓄能装机规模的千分之一，存在巨大发展空间。如何提高压缩空气储能的效率，获得更好的经济效益，已成为迫切需要研究解决的重要课题。

2020年我国11个省市区域的重点项目涉及储能项目、电池生产、电池材料和新能源汽车类共114个项目，福建项目最多（37个），河南数量第二（27个），其中，压缩空气储能项目4个。

2021年3月12日，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》全文发布。“十四五”规划和2035年远景目标纲要中明确指出在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未来产业。其中提出要实施电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能等储能示范项目。

▲“十四五”大型清洁能源基地分布示意图

▲近几年国内外压缩空气储能项目汇总

2021年8月4日15时，由中国电建所属水电四局承建技术来源于中科院工程热物理所的全球首套百兆瓦先进压缩空气储能示范电站地下储气装置一期工程项目正式开工。项目位于河北省张北县，采用先进新型压缩空气储能技术储能发电。该系统不依赖石油、天然气等化学能源，具有技术上的优势，其整体研发进程及系统性能均处于国际领先水平。

地下储气装置建造工程分为一期和二期建造工程，一期地下储气装置储气3万立方，发电为1小时；二期地下储气装置储气7万立方，发电3小时。项目每次充电4小时便能够储蓄40万度的电能容量，相当于可满足一个中小型工厂全年的用电需求，预计项目系统效率将达到70.4%。

先进压缩空气储能技术适合长时大规模物理储能，安全性和可靠性高，建设和运行成本低，且能效较高，寿命长，储能周期不受限制，经济性好。此外，该系统不依赖任何化石原料，清洁无污染。

▲压缩空气储能项目模型

目前，全球发展最成熟的储能是抽水储能，电化学储能紧随其后。同时，以氢储能技术、压缩空气储能技术为代表的新型储能技术也在越来越多的应用场景展现价值。压缩空气储能是非常具有发展前景的大规模储能技术，被普遍看好且具有较强的商业化应用潜力。

1)国内压缩空气储能技术近年来处于蓬勃发展阶段，超临界压缩空气储能技术、绝热压缩空气储能技术及液态压缩空气储能技术均有研究覆盖，与此同时，500 kW容量等级、1.5 MW容量等级及10 MW容量等级的压缩空气储能示范工程均已建成，实现了压缩空气储能技术由理论研究阶段向示范验证阶段的突破。

2)1978年投运的德国汉特福压缩空气储能电站及1991年投运的美国阿拉巴马储能电站，经历了数十年的商业化运行验证，两座商业化储能电站的可靠运行经验对国内压缩空气储能技术商业化应用具有借鉴意义。

3)作为能量型储能技术的压缩空气储能技术，具有机组寿命周期内性能不衰减的优势，在电源侧储能、电网侧储能及用户侧储能三类场景中均有广泛应用前景。

4)电源侧储能应用场景下，压缩空气储能站以参与调峰调频等辅助服务为主要应用场景。电网侧储能应用场景下，压缩空气储能电站用途主要包括调峰调频、黑启动、缓解输配电阻塞及延缓输配电设备投资、提高供电可靠性等，发挥保底电网作用。用户侧储能应用场景下，压缩空气储能站立足于满足用户降低用电成本及提高用电可靠性的需求，具体可包括基于峰谷电价的用电成本管理场景，基于两部制电价的容量费用管理场景，基于提升电能质量及用电可靠性的场景、参与电力辅助服务市场场景。