压缩空气储能技术研发现状及应用前景-北极星储能网

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储能技术是解决可再生能源大规模接入、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要，被称为能源革命的支撑技术。压缩空气储能系统具有规模大、效率高、成本低、环保等优点，被认为是最具发展潜力的大规模储能技术之一。

储能技术可解决可再生能源大规模接入、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要，被称为能源革命的支撑技术。截至2016 年底，我国储能装机为24.2GW，约占全国电力总装机的1.5%，远低于世界2.7% 的平均水平。预计到2050 年，我国储能装机将达到200GW 以上，占发电总量的10%~15%，市场需求巨大而迫切。压缩空气储能系统具有规模大、效率高、成本低、环保等优点，被认为是最具发展潜力的大规模储能技术之一。

目前，全球已有两座大规模压缩空气储能电站投入了商业运行。

第一座是1978 年投入商业运行的德国Huntorf 电站(图1)。机组采用两级压缩两级膨胀，压缩机功率为60MW，膨胀机功率为290MW(2007 年扩容至321MW)，压缩空气存储在地下600 米的废弃矿洞中，总容积达3.1×105m3，压力最高可达100bar。机组可连续充气8 小时，连续发电2 小时。机组从静止到满负荷需要11 分钟，冷态启动至满负荷约需6 分钟，电站效率为42%。

第二座是于1991 年投入商业运行的美国McIntosh 电站(图2)。其储气洞穴在地下450 米，总容积达5.6×105m3，储气压力约为75bar。该电站压缩机功率为50MW，膨胀机功率为110MW，可实现连续41 小时充气和26 小时发电，机组从启动到满负荷约需9 分钟，系统效率为54%。另外，日本于2001 年在北海道空知郡投运了上砂川町2MW 压缩空气储能示范项目。其余国家如瑞士、法国、英国、意大利、俄罗斯、以色列、芬兰、南非和韩国等国家也在积极开发压缩空气储能电站。

以上商业电站均属于传统压缩空气储能技术(图3)。在用电低谷，压缩机将空气压缩并存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来;在用电高峰，高压空气从储气室释放，进入燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电。

但传统压缩空气储能系统存在三个技术瓶颈，一是依赖天然气等化石燃料提供热源，不适合我国这类“缺油少气”的国家;二是需要特殊地理条件建造大型储气室，如高气密性的岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等;三是系统效率较低(分别为42%、54%)，需进一步提高。

新型压缩空气储能技术研发进展

为解决传统压缩空气储能的技术瓶颈问题，近年来，国内外学者开展了新型压缩空气储能技术研发工作，包括绝热压缩空气储能、蓄热式压缩空气储能及等温压缩空气储能(不使用燃料)、液态空气储能(不使用大型储气室)、超临界压缩空气储能(不使用大型储气室、不使用燃料)等。

绝热式压缩空气储能

绝热式压缩空气储能技术通过储热装置回收压缩热并储存，使压缩及膨胀过程近似于绝热过程，不必燃烧化石燃料，并且能保持较高的储能密度及效率。其工作原理为：储能时，通过压缩机将空气压缩至高温高压状态后，通过储热系统将压缩热储存，空气降温并储存在储罐中。释能时，将高压空气释放，利用储存的压缩热使空气升温，由高温高压空气推动膨胀机做功发电。

该系统回收了压缩热并且再利用，使系统效率得到了较大提高，同时去除了燃烧室，实现了零排放。但由于压缩机级间不回收热量、冷却空气，故压缩过程能耗较高。由于压缩机出口的空气温度高，对设备材料要求高。

德国RWE Power 公司于2010 年启动ADELE 项目，设计储热温度600 ℃，设计储气压力100bar，理论设计效率可达70%，该项目一直处于论证阶段。

蓄热式压缩空气储能

蓄热式压缩空气储能又被称作先进绝热压缩空气储能，其原理同绝热压缩空气储能类似，区别在于该系统在压缩过程级间换热及储热，绝热压缩空气储能在全部压缩过程结束后储热。相较于绝热压缩空气储能，蓄热式压缩空气储能系统的储热温度及储能密度较低，但其压缩机耗能减小，且对于压缩机材料要求不高。该系统缺点在于增加了多级换热及储热，系统初投资有所增加。

中国科学院工程热物理研究所于2013 年在廊坊建成国内首套1.5MW 蓄热式压缩空气储能示范系统，于2016 年在贵州毕节建成国际首套10MW 示范系统，效率达60.2%，是全球目前效率最高的压缩空气储能系统。

等温压缩空气储能

等温压缩空气储能系统是指通过一定措施(如活塞、喷淋、底部注气等)，通过比热容大的液体(水或者油)提供近似恒定的温度环境，增大气液接触面积和接触时间，使空气在压缩和膨胀过程中无限接近于等温过程，将热损失降到最低，从而提高系统效率，其理论效率可达70% 以上。此外，该技术不必提供外部热源，还可以减少部件的热应力。但该系统也存在一定问题，在压缩过程中，部分空气溶解于水中而没有存储到储气罐，造成部分能量损失。

美国SustainX 公司于2013 年在美国New Hampshire 州建成1.5MW/1.5MWh 的示范系统。美国General Compression 公司于2012 年在美国Texas 州建成2MW/500MWh 示范系统。目前，上述两家公司已经合并成立GCX 能源公司，继续开展压缩空气储能技术开发工作。美国的Lightsail 公司也开展等温压缩空气储能研发，目前正在加拿大Nova Scotia 省建设500kW/3MWh 示范项目。

原标题：压缩空气储能技术研发现状及应用前景

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