迫切需要啟動(dòng)更大規(guī)模（100兆瓦級(jí)）的新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)，預(yù)計(jì)100兆瓦級(jí)新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的效率可以提高到70%，其單位成本可降為約為4000元/千瓦左右暨1000元/千瓦時(shí)左右。

1引言

儲(chǔ)能技術(shù)是解決可再生能源大規(guī)模接入、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性的迫切需要，被稱為能源革命的支撐技術(shù)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。截至2017年底，我國儲(chǔ)能裝機(jī)為28.9吉瓦，約占全國電力總裝機(jī)的1.6%，遠(yuǎn)低于世界2.7%的平均水平。預(yù)計(jì)到2050年，我國儲(chǔ)能裝機(jī)將達(dá)到200吉瓦以上，占發(fā)電總量的10%~15%，市場需求巨大而迫切。壓縮空氣儲(chǔ)能具有規(guī)模大、效率高、成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲(chǔ)能技術(shù)之一。

2傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)

傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)開發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲(chǔ)氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來；在用電高峰，高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放，進(jìn)入燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電。目前已在德國（Huntorf 290兆瓦）和美國（McIntosh 110兆瓦）得到了商業(yè)應(yīng)用。但是傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)存在三個(gè)主要技術(shù)瓶頸，一是依賴天然氣等化石燃料提供熱源；二是需要依賴大型儲(chǔ)氣洞穴，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等；三是系統(tǒng)效率較低，Huntorf和McIntosh電站效率分別為42%和54%。

圖1 傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)原理圖

3新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)

為解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能的技術(shù)瓶頸問題，近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)工作，包括絕熱壓縮空氣、蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能及等溫壓縮空氣儲(chǔ)能（不使用燃料）、液態(tài)空氣儲(chǔ)能（不使用大型儲(chǔ)氣洞穴）、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能和先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能（不使用大型儲(chǔ)氣洞穴、不使用燃料）等。目前，國際上已建成兆瓦級(jí)新型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示范的機(jī)構(gòu)共4家，分別是英國Highview公司（2兆瓦液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，2010年）、美國SustainX公司（1.5兆瓦等溫壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，2013年）、美國General Compression公司（2兆瓦蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，2012年）和中國科學(xué)院工程熱物理研究所（1.5兆瓦超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，2013年和10兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，2016年）。其中，中國科學(xué)院工程熱物理研究所于2016年建成國際首套10兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng)，系統(tǒng)效率達(dá)60.2%，是全球目前效率最高規(guī)模最大的新型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前中國科學(xué)院工程熱物理研究所正在研發(fā)國際首套100兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng)，預(yù)計(jì)2020年左右建成。

代表性新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)包括：

（一）絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)

該系統(tǒng)在儲(chǔ)能時(shí)，通過壓縮機(jī)將空氣壓縮至高溫高壓狀態(tài)后，利用儲(chǔ)熱系統(tǒng)將壓縮熱儲(chǔ)存，空氣降溫并儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中。釋能時(shí)，將高壓空氣釋放，利用儲(chǔ)存的壓縮熱使空氣升溫，然后推動(dòng)膨脹機(jī)做功發(fā)電。該系統(tǒng)回收壓縮熱再利用，使效率得到了提高，同時(shí)去除了燃燒室，實(shí)現(xiàn)了零排放，但壓縮過程能耗較高，由于壓縮機(jī)出口的空氣溫度高，對(duì)設(shè)備材料要求高。

圖2 絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)原理圖

（二）蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)

該系統(tǒng)同絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的區(qū)別在于該系統(tǒng)在壓縮過程級(jí)間換熱及儲(chǔ)熱，絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能在全部壓縮過程結(jié)束后儲(chǔ)熱。相較于絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能，蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)熱溫度及儲(chǔ)能密度較低，但其壓縮機(jī)耗能減小，且對(duì)于壓縮機(jī)材料要求不高。該系統(tǒng)缺點(diǎn)在于增加了多級(jí)換熱及儲(chǔ)熱，系統(tǒng)初投資有所增加。

圖3 蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)原理圖