预计百兆瓦压缩空气储能成本可降至1000元/千瓦时

迫切需要启动更大规模（100兆瓦级）的新型压缩空气储能技术研发，预计100兆瓦级新型压缩空气储能技术的效率可以提高到70%，其单位成本可降为约为4000元/千瓦左右暨1000元/千瓦时左右。

1引言

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和战略性新兴产业。截至2017年底，我国储能装机为28.9吉瓦，约占全国电力总装机的1.6%，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200吉瓦以上，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。

2传统压缩空气储能技术

传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术开发的储能系统。在用电低谷，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。目前已在德国（Huntorf 290兆瓦）和美国（McIntosh 110兆瓦）得到了商业应用。但是传统压缩空气储能系统存在三个主要技术瓶颈，一是依赖天然气等化石燃料提供热源；二是需要依赖大型储气洞穴，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等；三是系统效率较低，Huntorf和McIntosh电站效率分别为42%和54%。

图1 传统压缩空气储能系统原理图

3新型压缩空气储能技术

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、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（不使用大型储气洞穴）、超临界压缩空气储能和先进压缩空气储能（不使用大型储气洞穴、不使用燃料）等。目前，国际上已建成兆瓦级新型压缩空气储能系统示范的机构共4家，分别是英国Highview公司（2兆瓦液态空气储能系统，2010年）、美国SustainX公司（1.5兆瓦等温压缩空气储能系统，2013年）、美国General Compression公司（2兆瓦蓄热式压缩空气储能系统，2012年）和中国科学院工程热物理研究所（1.5兆瓦超临界压缩空气储能系统，2013年和10兆瓦先进压缩空气储能系统，2016年）。其中，中国科学院工程热物理研究所于2016年建成国际首套10兆瓦先进压缩空气储能示范系统，系统效率达60.2%，是全球目前效率最高规模最大的新型压缩空气储能系统，目前中国科学院工程热物理研究所正在研发国际首套100兆瓦级先进压缩空气储能示范系统，预计2020年左右建成。

代表性新型压缩空气储能技术包括：

（一）绝热压缩空气储能系统

该系统在储能时，通过压缩机将空气压缩至高温高压状态后，利用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，然后推动膨胀机做功发电。该系统回收压缩热再利用，使效率得到了提高，同时去除了燃烧室，实现了零排放，但压缩过程能耗较高，由于压缩机出口的空气温度高，对设备材料要求高。

图2 绝热压缩空气储能系统原理图

（二）蓄热式压缩空气储能系统

该系统同绝热压缩空气储能系统的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。

图3 蓄热式压缩空气储能系统原理图