压缩空气储能能够解决长时储能难题吗？

2022~2025年储能新增装机中的压缩空气储能渗透率或将达到10%。预计2025年累计装机容量达到7GW左右，2026~2030年新增储能装机中的压缩空气的渗透率有望达到23%。最近压缩空气备受投资资金的青睐的趋势就不奇怪了。

大约40年前，压缩空气储能（CAES）被视为一项具有高潜力的技术。有人认为它是未来的储能方式。当时只有两个工厂建成了-1979年的德国和1991年的美国阿拉巴马州，而在接下来的30年中这项技术未得到再次应用，人们似乎对压缩空气储能（CAES）失去了兴趣。

事情变化就是这么突然。最近全球产业分析师的一项研究“压缩空气储能-全球市场轨迹和分析”预测，到2026年全球CAES市场规模将达到103亿美元。虽然这个数字可能有些乐观，但背后有它实质性的依据。例如，中国刚刚在北部的张家口市上线了一个100 MW的CAES系统变体。

这种CAES复兴是由解决长时储能问题的需求驱动的。像加州在电网上装有大量风能和太阳能，迫切需要一种方法来储存多余的可再生能源的。

“长时储能（LDES）技术正在为确保加利福尼亚电网的可靠性做出重要贡献，”长时储能理事会执行董事朱莉娅·索德尔说。“加利福尼亚必须制定强有力的投资鼓励政策，并为LDES这样的创新技术制定监管框架，以继续扩大清洁能源市场，使我们在未来走向净零排放。”

（来源：微信公众号“EnergyKnowledge” 作者：于杨）

储能难题

压缩空气储能使用压缩空气储存能量，以便在高峰时段使用。可再生能源的使用激增引发了对各种储能技术的兴趣。其中最重要的是电池，它们最近获得了大量资金和经济激励措施。然而，电池储能只提供了几个小时的储存时间。它们是良好的短期备用电源。

但是长时储能怎么办？它是充分利用可再生能源发电的必要条件。风力通常在晚上和清晨最强，往往只在非高峰时段可用。太阳能更有规律的，因为日照时长可以更可靠地预测。风能和太阳能往往在电网非高耗能的固定时段发电，因此需要一种方法来储存这些多余的能量，以便在风能或太阳能不能发电时可以使用。

发电厂正在以创纪录的数量建造电池储能系统，以利用多余的可再生能源并在高峰时段使用它，但这些不是长时储能系统。同时，人们正在投资于电解水技术，将多余的可再生能源转化为氢气以供以后用于发电，作为替代或补充天然气的一种方式。这些都是值得称赞的努力，但它们还是未能解决能量长时间储存的问题。因此，CAES被越来越被视为解决储存挑战的一种可行且经济高效的方式。

CAES的案例

位于德国的Huntorf（320兆瓦）和阿拉巴马州的McIntosh（110兆瓦）两个CAES项目已经高效运行了几十年。这些设施使用非高峰电力来运行压缩机，向地下储藏室(如盐穴)注入空气。

在高电力需求时段，从储存室中抽出压缩空气，对其进行预热，然后引入燃烧器中，天然气被点燃以进一步加热空气。热膨胀的气体驱动膨胀涡轮机，该涡轮机连接到发电机并为电网产生电力。燃料消耗比现代联合循环发电厂要好得多。该系统产生的能量比压缩空气所需的能量还要多。

由Power South所有的阿拉巴马州McIntosh电站于1991年投入运营。它由一系列机械设备组成，这些设备包含Dresser Rand品牌的（现Siemens Energy）压缩机和膨胀机，一个电机/发电机和一个巨大的盐洞。充满压缩空气的盐洞需要约40小时，之后发电机可以满负荷运行约25小时。该设备能够可在9分钟内进行紧急启动，且可全年运行。它在需要时提供峰值功率，或者在秋季和春季帮助稳定电网，或根据市场情况提供备用电力。燃料成本、电力价格和电网条件决定CAES设备的运行方式。

机械设备由低压（LP）、中压（IP）和高压（HP）压缩机、LP和HP涡轮膨胀机以及SSS自同步离合器组成。离合器的接合或分离控制电机/发电机用于驱动压缩机或者用于发电。

经过30年的运营，Power South现在正在进行维修/翻新和升级其涡轮膨胀机和其他组件的维护工作。

SSS Clutch的首席执行官Morgan Hendry表示“在McIntosh CAES电站多年无故障运行后，SSS Clutch的产品现在需要离线进行一些维修和升级”。

在停机期间，Power South要求SSS Clutch公司拆下并检查运行了三十年的220T压缩机离合器。并将其运至SSS Clutch位于特拉华州新城的总部进行了详细的检查和测试。这是自220T压缩机离合器最初投入使用以来的第一次检查。

“经过近30年的使用，离合器的状态良好，这为电站对压缩机离合器的维护和保养提供了最佳实践” Hendry说。

CASE市场兴趣激增

南方电力公司将更多资金投入到CAES电厂可能与这样一个事实有关，即随着长时储能问题变得更加突出，大家对CAES的兴趣正在飙升。近年来，美国、中国、日本、加拿大、澳大利亚、德国和欧洲其他国家都宣布了CAES项目。

好消息是，在世界大部分地区都有许多适合CAES的存储地点。根据EPRI的数据，美国约85%的地域可以用于CAES。北欧也有很多潜在的地区，其中一些已经用于天然气储存。

一些项目是用传统技术的CAES。另一些项目刚是新CAES添加元素的混合示例。以下是其中的一些亮点:

Bethel能源中心324 MW(16000 MWh)CAES项目已通过审核，该项目位于德克萨斯州ERCOT市场的Anderson县。它将使用电驱动的压缩机来压缩空气，并使用天然气涡轮膨胀机来发电。其优势在于，减少约90%排放的同时，它提供的快速启动辅助服务能力可媲美2000MW联合循环电厂。

加拿大公司Hydrostor在加利福尼亚州Rosamond建造CAES项目的审批/许可流程进展顺利。Willow Rock能源存储中心(前身为Gem能源存储中心)将提供500 MW(4000 MWh)的电力。计划在一年左右开工。

Hydrostor的首席执行官Curtis Van Walleghem表示:“在50多年的项目生命周期内，Willow Rock项目每年减少的碳排放量等同于12万辆汽车所产生的碳排放量。”

它的工作方式和南方电力公司有点不同。压缩空气被储存在位于2000英尺深的洞穴的气舱中。通过排出气舱的水保持空气的压力，这些气舱被固定在地表排出水的溢出池中。发电时，空气从洞穴中释放出来，在热水箱中加热，并用于为涡轮机提供动力。澳大利亚新南威尔士州的Hydrostor公司也在开发一个类似的项目。- 200MW/1500MWh的Sliver City储能中心。

液体空气储能(LAES)是CAES的一种变体，该技术使用液体空气而不是压缩空气。例如，Highview Power正在西班牙各地开发高达2GWh的长时LAES。多达七个Highview公司的“CRYOBatteries”使用液态空气作为存储介质。非峰值电力被用来生产液态空气。两个小型项目已经在英国运行。

与此同时，Just In Time Energy提供了一种优化的LAES流程，据说该流程可以从给定数量的液态空气中提供更高的功率，并提高了项目的经济性。该公司还开发了一种用液化天然气(LNG)代替液态空气的气电联合存储系统。在非高峰时段，利用多余的可再生能源生产液化天然气，在液化天然气返回管道时驱动设备向电网输送电力。

中国新上线的100MW系统，据说使用了超临界储热而不是使用天然气来提高系统效率。它可以储存高达400 MWh，效率为70%。

在过去的二十年中，许多CAES项目被提出，但后来被放弃了，缺乏资金是其中的原因之一。其中包括俄亥俄州的Norton CAES 项目、爱荷华州的另一个CAES项目、北爱尔兰的安特里姆县、纽约州的塞内卡CAES项目、德国的Adele项目以及计划在加利福尼亚州San Joaquin建立的PG&E CAES项目。其中一些项目可能会再度引起人们兴趣。

激励措施和资金

重新对传统和混合CAES产生兴趣的原因之一是更好的资金投资潜力。2022年美国通胀削减法案为广泛适用于能源储存技术提供了高达30%的税收抵免。加上CAES技术的低耗能（LCOE），CAES项目备受投资的青睐。

上一次包括CAES在内的LCOE的全面比较是由咨询公司Lazard在2016年完成的。

自那时起，电池储存价格已经下降。但是来自NREL的最新成本预测仍将锂离子电池储存定位在约300美元左右。因为锂的可用性和能源安全问题被人们重视起来。

Lazard似乎已经改变了计算LCOE的方式，现在称之为LCOS（用于储存）。它没有与CAES进行比较。但是Lazard在其2021年底的报告中指出：

“随着可再生能源发电普及率的提高，人们对长时储能技术的兴趣也在不断增长。”

因此，CAES市场肯定比几十年前更活跃。但尚不确定我们是否会在未来几年见证CAES或混合CAES的复兴。