壓縮空氣儲(chǔ)能是一種大規(guī)模的物理儲(chǔ)能方式，可以解決光伏和風(fēng)電等不穩(wěn)定可再生能源發(fā)電并網(wǎng)難的問題，提高其能源利用率。壓縮空氣儲(chǔ)能是一種新型的儲(chǔ)能技術(shù)，已經(jīng)被寫入國(guó)家“十四五”規(guī)劃中。通俗來說就是在用電低谷時(shí)，將空氣壓縮儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣室中，將電能轉(zhuǎn)化為空氣能存儲(chǔ)起來；在用電高峰時(shí)釋放高壓空氣，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 更值得一提的是，百兆瓦級(jí)的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)是目前面向大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)化的較高功率級(jí)別，對(duì)我國(guó)整個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和大范圍應(yīng)用有著推動(dòng)意義。同時(shí)，在能源行業(yè)存儲(chǔ)、技術(shù)驅(qū)動(dòng)方面，為碳中和和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)提供有力支持，該系統(tǒng)用蓄熱裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的燃燒室，擺脫了對(duì)天然氣、石油等化石燃料的依賴，可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的零排放，零污染。 傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能主要部件包括壓縮機(jī)、壓縮空氣存儲(chǔ)器、燃燒室、膨脹機(jī)和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)等。在儲(chǔ)能過程中，空氣從大氣環(huán)境進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮成高壓空氣后儲(chǔ)存在壓縮空氣存儲(chǔ)器中。在能量釋放過程中，壓縮空氣存儲(chǔ)器中的高壓空氣首先 進(jìn)入燃燒室，與燃料混合燃燒，成為高溫高壓空氣，接著進(jìn)入膨脹機(jī)發(fā)揮其作用，從而輸出電能。 經(jīng)過近50年的生產(chǎn)運(yùn)作和不斷發(fā)展，壓縮空氣儲(chǔ)能已成為除抽水蓄能之外的另一種大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)，其特點(diǎn)是容量大、技術(shù)成熟和商業(yè)化。相較于電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等其他形式的儲(chǔ)能技術(shù)，壓縮空氣儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能效率高、使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)放容量大、投資成本較低等優(yōu)點(diǎn)。能夠在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷、促進(jìn)新能源高效消納、提升電力系統(tǒng)安全性和靈活性等方面發(fā)揮重要作用。
18年底時(shí)我國(guó)已投運(yùn)的壓縮空氣儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模尚不及抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模的兩千分之一，存在巨大發(fā)展空間。如何提高壓縮空氣儲(chǔ)能的效率，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，已成為迫切需要研究解決的重要課題。 目前，比較受關(guān)注的壓縮空氣相關(guān)的儲(chǔ)能技術(shù)有三種。 壓縮空氣儲(chǔ)能是利用剩余電力壓縮空氣，并將其儲(chǔ)藏在高壓密封設(shè)施內(nèi)，需要時(shí)再釋放出來驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這種技術(shù)多年前就已經(jīng)出現(xiàn)，關(guān)鍵在于成本：大容量、密封性好的容器是很貴的。利用開采鹽礦后剩余的礦洞來儲(chǔ)存壓縮空氣是這一領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)目前已有示范性項(xiàng)目即將建成。 鹽穴，即鹽礦開采后留下的礦洞，是一種寶貴的不可再生資源。我國(guó)鹽穴資源豐富，大部分體積巨大且密封性良好，適于儲(chǔ)存石油、天然氣等重要戰(zhàn)略物資，也是儲(chǔ)存高壓空氣的理想場(chǎng)所。2.液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng) 利用天然礦洞來儲(chǔ)存壓縮空氣成本雖然很低，但這種礦洞資源可遇而不可求，可以使用的地方很有限。同樣是使用壓縮空氣作為儲(chǔ)能方式，英國(guó)的一家公司試圖讓這種方案具有更廣的適用范圍。 利用剩余電力將空氣降溫到零下196℃，空氣將被液化，這樣體積便縮小了近700倍，極大地降低了對(duì)儲(chǔ)存裝置容量的需求。需要輸出電力時(shí)，空氣膨脹驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)即可供電，轉(zhuǎn)化效率約為60-70%。這比電池效率略低，但是儲(chǔ)罐的成本非常低，而且不需要補(bǔ)充耗材，使用壽命很長(zhǎng)，具有大規(guī)模推廣的潛力。 該系統(tǒng)是由來自英國(guó)赫特福德郡的自學(xué)成才的“后院發(fā)明家”彼得·迪爾曼設(shè)計(jì)的，已獲得英國(guó)政府的1000萬英鎊資助，建成的50 MW儲(chǔ)能設(shè)備將為曼徹斯特附近大約50000個(gè)家庭存儲(chǔ)5個(gè)小時(shí)的電力。Carlton Highview Storage還計(jì)劃在英國(guó)進(jìn)一步開發(fā)四個(gè)液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，儲(chǔ)能容量總計(jì)超過1GWh。 Highview的液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能解決方案具有30-40年的使用壽命，效率約為60%-70%，已通過幾個(gè)MW規(guī)模的試點(diǎn)項(xiàng)目證明，在GW規(guī)模或每個(gè)項(xiàng)目數(shù)百M(fèi)W的規(guī)模下是最經(jīng)濟(jì)的。據(jù)外媒2020年10月28日?qǐng)?bào)道，Highview宣布與總部位于智利的Energia-Latina S.A. Enlasa (Enlasa)成立合資公司(JV)，將在智利和其他拉美市場(chǎng)開發(fā)“GW級(jí)低溫壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目”。
3.多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能海上電站 多能互補(bǔ)壓縮空氣儲(chǔ)能海上電站是一種新穎的綜合性技術(shù)裝備，目前還在技術(shù)研發(fā)階段。海上電站海浪能部分采用浮筒-氣缸結(jié)構(gòu)，利用海水的浮力及海浪的上下起伏將環(huán)境空氣壓縮進(jìn)入集氣管；風(fēng)能部分采用垂直軸風(fēng)輪-空壓機(jī)（機(jī)頭）結(jié)構(gòu)，利用自然風(fēng)能將環(huán)境空氣壓縮進(jìn)入集氣管；槽式太陽能集熱管系統(tǒng)將太陽能熱量收集通過換熱器將透平前壓縮空氣加熱升溫進(jìn)一步增加壓縮空氣能量，提高透平效率，同時(shí)提高透平后尾氣溫度，便于尾氣再利用。 海上電站為由框架及三層平臺(tái)構(gòu)成的海上構(gòu)筑物，每個(gè)浮筒的4個(gè)側(cè)面被框架所限制并留有適當(dāng)間隙使浮筒僅能做上下垂直運(yùn)動(dòng)且不被卡死，多個(gè)框架相連構(gòu)成整個(gè)海上電站，第一層平臺(tái)是浮筒氣缸平臺(tái)；第二層平臺(tái)是風(fēng)力機(jī)平臺(tái)，第二層平臺(tái)中央位置設(shè)置廠房建筑，廠房建筑內(nèi)設(shè)置換熱器、透平、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)及電氣設(shè)備等；第三層平臺(tái)即廠房建筑屋頂，是槽式太陽能集熱管系統(tǒng)布置平臺(tái)。且第一、二層平臺(tái)遍布集氣管，由于集氣管長(zhǎng)度較長(zhǎng)容積較大兼具壓縮空氣存儲(chǔ)、輸送作用，通過集氣管的儲(chǔ)能作用，當(dāng)海浪能、風(fēng)能、太陽能能量波動(dòng)變化時(shí)，輸入透平壓縮空氣壓力流量仍可保持一定時(shí)間的穩(wěn)定輸出。同時(shí)，海上電站為保持壓縮空氣溫度所有管道均采取保溫措施。 海上電站海浪能利用方式不同于其它海洋能利用方式，與海水接觸的設(shè)備只有鋼筋混凝土框架及被限制在其中的浮筒，浮筒采用漁網(wǎng)浮漂材料（硬質(zhì)PVC泡沫材料），該種材料具有良好的耐磨性及硬度，與框架接觸方式采用滑動(dòng)摩擦方式，海面下不存在任何旋轉(zhuǎn)部件。海浪能壓縮空氣壓強(qiáng)決定于浮筒體積及氣缸直徑，風(fēng)能壓縮空氣壓強(qiáng)決定于垂直軸風(fēng)輪掃風(fēng)面積及空壓機(jī)設(shè)計(jì)功率，海上電站集氣管壓強(qiáng)大于透平設(shè)計(jì)進(jìn)氣壓強(qiáng)，使集氣管起到儲(chǔ)能作用。據(jù)估算，6MW海上電站占海面積為9萬㎡，年利用小時(shí)數(shù)8760小時(shí)，年發(fā)電量0.5億kwh，造價(jià)3.5-4.5億元，使用壽命70年，按全生命周期計(jì)算度電成本0.114元/kwh，不包括其它產(chǎn)品收入。 2019年7月份，由發(fā)改委辦公廳等四部門聯(lián)合制定了《貫徹落實(shí)<關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見>2019-2020年行動(dòng)計(jì)劃》，提出了六大部分共16項(xiàng)具體措施。在儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)方面，要求重點(diǎn)推進(jìn)大容量壓縮空氣儲(chǔ)能等重大技術(shù)項(xiàng)目建設(shè)，推動(dòng)百兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證示范。 2019年月31日，工信部發(fā)布了關(guān)于《首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄（2019年版）》的通告，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)也被列入。要求每套額定功率≥100MW；系統(tǒng)效率≥65%；壽命≥30 年。 2020年這11個(gè)省市區(qū)域的重點(diǎn)項(xiàng)目涉及儲(chǔ)能項(xiàng)目、電池生產(chǎn)、電池材料和新能源汽車類共114個(gè)項(xiàng)目，福建項(xiàng)目最多（37個(gè)），河南數(shù)量第二（27個(gè)），其中，壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目4個(gè)。 2021年3月12日，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》全文發(fā)布。“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中明確指出在氫能與儲(chǔ)能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實(shí)施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃，謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)。其中提出要實(shí)施電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。
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