1.1.1　壓縮空氣儲能技術(shù)原理

壓縮空氣儲能(Compressed Air Energy Storage，CAES)技術(shù)源于燃?xì)廨啓C(jī)，是一種利用壓縮空氣作為介質(zhì)來儲存能量和發(fā)電的技術(shù)，是除抽水蓄能以外規(guī)模最大的物理儲能方式，它可以解決可再生能源的間歇性問題，也可起到電網(wǎng)調(diào)峰填谷的作用。目前已有大型電站投入商業(yè)運(yùn)行，具有容量大、壽命長、零碳排等優(yōu)點(diǎn)，具備市場化、規(guī)模化發(fā)展的潛力。

1949年，德國工程師Stal Laval提出了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)。系統(tǒng)儲能時利用富余的電量(即電力系統(tǒng)用電低谷時段)驅(qū)動壓氣機(jī)將空氣進(jìn)行壓縮并儲存到儲氣庫中；發(fā)電時，釋放儲氣室的壓縮空氣，將高壓空氣送入燃燒室產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)猓M(jìn)入燃?xì)馔钙綑C(jī)中膨脹做功，直接帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，供電網(wǎng)使用。儲能時，將電能轉(zhuǎn)化為壓縮氣體的彈性能，由于壓縮時間短，空氣溫度會升高，并且處于高壓狀態(tài)，對儲氣庫密封性要求很高；發(fā)電時，高壓空氣被釋放，膨脹做功用于發(fā)電，壓縮氣體的彈性能又轉(zhuǎn)化為電能。由于空氣膨脹做功需要吸收熱量，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)需要在發(fā)電過程中燃燒天然氣補(bǔ)熱以提高功率。國外已投運(yùn)的商業(yè)運(yùn)行項(xiàng)目均采用傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)，天然氣補(bǔ)熱后能源轉(zhuǎn)換效率為42%～55%。

為解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)存在碳排放和環(huán)境污染的問題，壓縮空氣儲能逐步發(fā)展出非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能(或稱為先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能)、液化空氣儲能、超臨界壓縮空氣儲能等新型技術(shù)。其中非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能技術(shù)最為成熟，系統(tǒng)中增加了儲熱裝置，充分利用了空氣壓縮過程中產(chǎn)生的高熱量，通過儲熱裝置進(jìn)行儲存，再在高壓空氣膨脹發(fā)電時進(jìn)行回?zé)幔瑯O大地提高了能量利用效率，不再需要燃燒天然氣進(jìn)行補(bǔ)熱。由于回收了空氣壓縮過程的壓縮熱，系統(tǒng)的儲能效率可以得到較大提高，理論上綜合能源效率可達(dá)到70%；同時，由于用壓縮熱代替燃料燃燒，系統(tǒng)去除了燃燒室，實(shí)現(xiàn)了碳零排放。該系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，由于添加了儲熱裝置，相比傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能電站，該系統(tǒng)初期建設(shè)成本將增加20%～30%。

非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有效率高、無污染的特點(diǎn)，并可以方便地和太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合，是壓縮空氣儲能技術(shù)的重要發(fā)展方向。液化空氣儲能系統(tǒng)和超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)將空氣在液態(tài)下存儲，大幅減小儲氣室的體積，從而擺脫對大型地下儲氣室的限制，也是壓縮空氣儲能技術(shù)的重要發(fā)展方向。等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)功能靈活，可以用于備用電源、汽車動力和分布式供能系統(tǒng)等，具有一定的應(yīng)用前景。此外，壓縮空氣儲能技術(shù)與可再生能源的耦合系統(tǒng)可以解決可再生能源的間斷性和不穩(wěn)定性問題，是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽能等可再生能源大規(guī)模利用的迫切需要。

中國的壓縮空氣儲能技術(shù)雖然起步較晚，但非補(bǔ)燃壓縮空氣技術(shù)已處于示范建設(shè)的快速發(fā)展階段，現(xiàn)已投運(yùn)了江蘇金壇電站(60MW×5h，電-電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到61.2%)大型壓縮空氣儲能示范項(xiàng)目，張北100MW級壓縮空氣儲能電站于2022年9月30日首次并網(wǎng)發(fā)電，一批100MW～300MW級項(xiàng)目(擬)開工建設(shè)。