電能是人類(lèi)生產(chǎn)、生活所必需的一種最重要的能量形式，已被廣泛應(yīng)用在動(dòng)力、照明、化學(xué)、紡織、通信、廣播等各個(gè)領(lǐng)域，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)飛躍的主要?jiǎng)恿ΑｋS著用電需求范圍的擴(kuò)大和電力需求總量的增加，電能的生產(chǎn)和利用產(chǎn)生了時(shí)間和空間的矛盾。時(shí)間維度上，白天的城市非常活躍，用電量很大，早晚還會(huì)出現(xiàn)用電高峰。到了夜晚，隨著人們生產(chǎn)活動(dòng)的停止，用電量也隨之減少，但承載大部分城市用電的煤電機(jī)組卻無(wú)法在一天內(nèi)跟隨人類(lèi)日出而作、日落而息。空間維度上，我國(guó)西北部風(fēng)能和太陽(yáng)能豐富的地區(qū)往往能夠產(chǎn)生大量的可再生能源電力，但經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的中東部地區(qū)卻是用電的高需求地區(qū)。這種電力在生產(chǎn)和利用上的時(shí)空錯(cuò)位問(wèn)題迫切呼喚新的能源技術(shù)來(lái)提供解決方案。

壓縮空氣儲(chǔ)能將用電低谷時(shí)段或可再生能源電力豐富地區(qū)的過(guò)剩電能轉(zhuǎn)化成空氣的壓力勢(shì)能，在用電高峰時(shí)段或電力貧瘠且電能消耗大的地區(qū)將空氣的勢(shì)能轉(zhuǎn)化成電能，并且是一種大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。它以綠色、豐富、取用方便的空氣作為介質(zhì)，將電能利用的時(shí)空矛盾問(wèn)題巧妙解決，同時(shí)還能將可再生能源發(fā)出的間歇性電力拼接起來(lái)，改善電能的質(zhì)量。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)安全、高效、低碳，且不受自然條件的限制，是能源和電力領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的應(yīng)用技術(shù)。

隨著科技的發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)可以應(yīng)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，技術(shù)發(fā)展也越來(lái)越精細(xì)化。對(duì)于電網(wǎng)側(cè)峰谷差調(diào)節(jié)、可再生能源消納的技術(shù)問(wèn)題，必須用大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)解決。目前的各類(lèi)儲(chǔ)能技術(shù)中，能夠?qū)崿F(xiàn)100 MW及其以上功率等級(jí)應(yīng)用的技術(shù)，主要包括抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能兩種技術(shù)門(mén)類(lèi)。但抽水蓄能技術(shù)存在天然的地理?xiàng)l件限制，需要上下兩個(gè)大型水庫(kù)作為蓄水池，才能實(shí)現(xiàn)水的重力勢(shì)能的存儲(chǔ)與釋放。地理?xiàng)l件的特殊要求和移民等問(wèn)題使得抽水蓄能電站無(wú)法自由建設(shè)。此外，在我國(guó)抽水蓄能用于電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行可再生能源電力消納時(shí)，存在地域能源儲(chǔ)備的匹配問(wèn)題。我國(guó)的西北部地區(qū)風(fēng)、光資源豐富，迫切需要大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的過(guò)剩電力進(jìn)行有效的消納，但中東部地區(qū)因水力資源豐富更適合建設(shè)抽水蓄能電站，這種天然的地理資源的不匹配在一定程度上限制了抽水蓄能的發(fā)展。因此，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已成為行業(yè)發(fā)展的迫切需要。

壓縮空氣儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能容量大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、投資小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有廣闊發(fā)展前景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)之一。

1、傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)存系統(tǒng)在大規(guī)模推廣的過(guò)程當(dāng)中遇到了幾個(gè)挑戰(zhàn)。第一個(gè)問(wèn)題是依賴(lài)于大型的儲(chǔ)氣洞穴，第二個(gè)依賴(lài)于化石燃料提高提供熱量，第三個(gè)，由于德國(guó)和美國(guó)這兩個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)存系統(tǒng)都是由原來(lái)的燃?xì)廨啓C(jī)改造而來(lái)，系統(tǒng)還沒(méi)有很好的優(yōu)化設(shè)計(jì)，所以系統(tǒng)的效率偏低，只有40%-50%。所以提高儲(chǔ)能密度，提高效率，消除對(duì)化石燃料的依賴(lài)，是壓縮空氣儲(chǔ)能的發(fā)展要求，也是發(fā)展趨勢(shì)。

2、我們的總體思路就是通過(guò)壓縮熱的回收再利用，消除對(duì)化石燃料的依賴(lài)。通過(guò)系統(tǒng)的過(guò)程耦合匹配高效的壓縮膨脹，超臨界的蓄能換熱來(lái)提高系統(tǒng)的效率。通過(guò)空氣的高壓或者液態(tài)存儲(chǔ)來(lái)提高儲(chǔ)存密度，消除對(duì)大型儲(chǔ)氣洞穴的依賴(lài)。這就是我們所講的先進(jìn)的壓縮空氣儲(chǔ)存系統(tǒng)的總體思路，通過(guò)這三個(gè)手段三個(gè)方法，從而解決制約壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展的三個(gè)主要的技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。

3、2021年的8月4號(hào)實(shí)現(xiàn)了中國(guó)首個(gè)壓縮空氣質(zhì)的商業(yè)電站的并網(wǎng)運(yùn)行。這也是中國(guó)首個(gè)延續(xù)壓縮空氣組成的國(guó)家示范項(xiàng)目。通過(guò)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的專(zhuān)家組的驗(yàn)收，系統(tǒng)額定效率達(dá)到了60.7%。并在 2021年的12月31號(hào)建成了國(guó)際首套的 100 兆瓦的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能的商業(yè)電站，并在經(jīng)過(guò)調(diào)試后在 2022年的 9月30號(hào)實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。這也是國(guó)際首個(gè)百兆級(jí)的壓縮空氣儲(chǔ)能的國(guó)家級(jí)的示范項(xiàng)目。

4、我們正在做的工作是 300 兆瓦的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要突破 5 個(gè)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、蓄熱放熱器和系統(tǒng)的集成控制。爭(zhēng)取通過(guò)我們的努力，建成國(guó)際首套的具有完全自知產(chǎn)權(quán)的 300 兆的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能的示范電站。使我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能的水平提升、規(guī)模再增加 3 倍，效率在提高3%-5%，成本在下降20%-30%。

先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)利用電網(wǎng)低谷電或可再生能源的間歇式電能將空氣壓縮(同時(shí)存儲(chǔ)壓縮熱)，并將空氣高壓或液化儲(chǔ)存(儲(chǔ)能)；在用電高峰或電力資源短缺時(shí)，高壓/液態(tài)空氣加壓，并進(jìn)一步吸收壓縮熱后通過(guò)透平膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電(釋能)，在此過(guò)程中一些廢熱可以被回收以提高系統(tǒng)效率。先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢(shì)：首先，由于空氣的高壓/液態(tài)存儲(chǔ)，空氣儲(chǔ)罐的體積大大縮小，可以縮短建設(shè)周期，更重要的是可以不受地理?xiàng)l件限制，克服了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的一個(gè)主要瓶頸；第二，由于采用必要的儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷設(shè)備，將空氣壓縮過(guò)程的壓縮熱存儲(chǔ)回收，從而不再需要燃燒燃料提供熱源，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的另一個(gè)主要瓶頸；第三，由于超臨界傳熱/冷卻過(guò)程中冷熱源之間的溫差可以做到很小，同時(shí)由于采用儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷設(shè)備，系統(tǒng)儲(chǔ)能和釋能過(guò)程的熱和冷均能很好地回收；第四，先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)不涉及化石燃料的燃燒，不排放任何有害物質(zhì)，而且空氣壓縮過(guò)程中很容易去除其中的有害物質(zhì)如CO2、SOx、NOx等，從而改善大氣質(zhì)量

審核編輯：郭婷