中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：文/王富強(qiáng) 王漢斌 武明鑫 宗萬(wàn)波 王歡 李鵬，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 中國(guó)電建河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 中國(guó)電建中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，水力發(fā)電
在構(gòu)建新型能源體系的背景下，為提升電力系統(tǒng)綜合調(diào)節(jié)能力，加快靈活調(diào)節(jié)電源建設(shè)，新型儲(chǔ)能初露鋒芒，裝機(jī)規(guī)模也在逐年增加。根據(jù)國(guó)務(wù)院《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，到2025年，我國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量將達(dá)到3000萬(wàn)kW以上。新型儲(chǔ)能中以電化學(xué)儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能的技術(shù)最為成熟，但電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)施仍未形成公認(rèn)的安全性解決方案，存在發(fā)生火災(zāi)、爆炸等安全隱患。相比而言，壓縮空氣儲(chǔ)能安全性較高，且具有儲(chǔ)能規(guī)模大、放電時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)、熱冷電綜合利用面廣等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外相關(guān)高校、科研院所、企業(yè)等對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用推廣極為重視。
1949年，德國(guó)工程師StalLaval提出了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。當(dāng)用電低谷時(shí)，消耗電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)工作產(chǎn)生高壓空氣并存儲(chǔ)；當(dāng)用電高峰時(shí)，被壓縮的空氣膨脹，進(jìn)入透平做功產(chǎn)生電力。由于空氣膨脹做功需要吸收熱量，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能需要在發(fā)電過(guò)程中燃燒天然氣補(bǔ)熱以提高功率，這也導(dǎo)致傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)存在碳排放和環(huán)境污染問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，壓縮空氣儲(chǔ)能逐步發(fā)展出先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能、液化空氣儲(chǔ)能、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能等新型技術(shù)。其中，先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能相對(duì)最為成熟、規(guī)模最大，該儲(chǔ)能系統(tǒng)中增加了儲(chǔ)熱裝置，充分利用了空氣壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的高熱量，通過(guò)儲(chǔ)熱裝置進(jìn)行儲(chǔ)存，再在高壓空氣膨脹發(fā)電時(shí)進(jìn)行回?zé)幔瑯O大提高了能量利用效率，不再需要燃燒天然氣進(jìn)行補(bǔ)熱。這項(xiàng)壓縮空氣技術(shù)現(xiàn)已在江蘇金壇（60MW×5h）壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目中示范應(yīng)用，一批100～300MW級(jí)項(xiàng)目正在建設(shè)或開(kāi)展前期工作。
本文闡述了壓縮空氣儲(chǔ)能特性及項(xiàng)目、關(guān)鍵設(shè)備、儲(chǔ)氣庫(kù)、應(yīng)用場(chǎng)景及成本分析等內(nèi)容，梳理出壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)，最終分析技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及研判未來(lái)路徑。
1、壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)情況與技術(shù)特性
自1949年利用地下洞穴壓縮空氣進(jìn)行儲(chǔ)能的理念提出以來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量研究和實(shí)踐，國(guó)外有2座大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站在德國(guó)Huntorf電站（290MW，壓縮儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)12h、發(fā)電時(shí)長(zhǎng)3h）和美國(guó)McIntosh電站（110MW，對(duì)外連續(xù)輸出電能26h）投入商業(yè)運(yùn)行。我國(guó)自2014年建成了0.5MW的蕪湖非補(bǔ)燃示范項(xiàng)目，之后在中科院工程熱物理研究所技術(shù)支持下，貴州畢節(jié)10MW壓縮空氣儲(chǔ)能驗(yàn)證平臺(tái)和肥城（一期）10MW壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站于2021年投產(chǎn)，張北100MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目于2022年進(jìn)入帶電調(diào)試階段。在清華大學(xué)的支持下，青海西寧100kW復(fù)合式壓縮空氣儲(chǔ)能工業(yè)示范項(xiàng)目于2016年投產(chǎn)，金壇壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目于2022年5月投入商業(yè)運(yùn)行，云崗井田60MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目處于建設(shè)期。
此外，肥城（二期）300MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站和中國(guó)能建數(shù)科集團(tuán)的平頂山（200MW）、泰安（300MW）等項(xiàng)目近期完成了可行性研究。當(dāng)前，100MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目正在開(kāi)展示范應(yīng)用。規(guī)劃或設(shè)計(jì)階段的一大批壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，裝機(jī)規(guī)模逐步由100MW發(fā)展到200MW或300MW。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)正由示范應(yīng)用階段，轉(zhuǎn)向初期商業(yè)化發(fā)展階段。壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目發(fā)展歷程見(jiàn)圖1。
綜合國(guó)內(nèi)外已建項(xiàng)目分析可知，壓縮空氣儲(chǔ)能電站單機(jī)容量較大（目前為100MW），儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)（可達(dá)4h以上），調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間為分鐘級(jí)，初步具備與中小型抽水蓄能電站相當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)能力和性能，較其他新型儲(chǔ)能形式具備電站壽命長(zhǎng)、安全性更高的優(yōu)勢(shì)。國(guó)外已投運(yùn)的商業(yè)運(yùn)行項(xiàng)目，天然氣補(bǔ)熱后能源轉(zhuǎn)換效率42%～55%。國(guó)內(nèi)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站額定工況下效率可達(dá)約60%～65%，已投運(yùn)的金壇電站額定工況下電-電轉(zhuǎn)換效率達(dá)61.2%。
2、壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵設(shè)備
壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)包含壓縮、儲(chǔ)氣、蓄熱/冷、回?zé)?冷、膨脹發(fā)電等多個(gè)子系統(tǒng)（見(jiàn)圖2），系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備主要包括壓縮機(jī)、換熱器和膨脹機(jī)，相關(guān)的設(shè)備技術(shù)相對(duì)成熟，通過(guò)項(xiàng)目示范建設(shè)，基本形成了一定的產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)。雖然壓縮空氣儲(chǔ)能循環(huán)與燃?xì)廨啓C(jī)類似，但壓縮機(jī)壓比和膨脹機(jī)膨脹比均遠(yuǎn)高于常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)和透平。因此，本文重點(diǎn)針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵設(shè)備和制造能力進(jìn)行分析。
2.1壓縮機(jī)
壓縮機(jī)是一種壓縮氣體提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)器，應(yīng)用極為廣泛，用于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的壓縮機(jī)具有流量大、壓力高的特點(diǎn)。目前，市場(chǎng)上壓縮機(jī)的技術(shù)比較成熟。國(guó)內(nèi)制造廠家主要有沈鼓集團(tuán)、陜西鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)等，國(guó)外主要有阿特拉斯·科普柯、西門(mén)子等。沈鼓集團(tuán)為江蘇金壇60MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目配供壓縮機(jī)。國(guó)內(nèi)的主流壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家均已具備設(shè)計(jì)制造大流量、高壓力的主壓縮機(jī)、循環(huán)壓縮機(jī)的條件和基礎(chǔ)，100MW級(jí)壓縮機(jī)基本可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
作為壓縮過(guò)程中的核心部件，壓縮機(jī)決定著儲(chǔ)能過(guò)程中的效率，開(kāi)發(fā)大流量、高效率、高排氣溫度（提升系統(tǒng)的蓄熱溫度和回?zé)釡囟龋┑膲嚎s技術(shù)，有助于提升系統(tǒng)的整體儲(chǔ)能效率，但大規(guī)模壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)制造仍需技術(shù)研發(fā)，且壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)單機(jī)300MW級(jí)仍存在很大難度和瓶頸，需現(xiàn)有壓縮機(jī)采用并聯(lián)或串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)。
2.2換熱器
換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，按換熱結(jié)構(gòu)，換熱器主要分為管殼式換熱器和板式換熱器。國(guó)內(nèi)化工及動(dòng)力設(shè)備配套廠家均具備換熱器設(shè)計(jì)加工能力，大多可開(kāi)展換熱裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作，針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)工作特點(diǎn)及參數(shù)完成換熱器的加工設(shè)計(jì)并完成組裝。哈爾濱汽輪機(jī)廠專門(mén)為壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目研制了一款“U”形發(fā)夾式換熱器，屬于管殼式換熱器一類，具有流量大、承壓高、耐高溫、啟停快、高效率等特點(diǎn)，已應(yīng)用于江蘇金壇60MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目。張北100MW壓縮空氣儲(chǔ)能電站采用中科院研發(fā)的氣-水換熱器。
換熱系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的儲(chǔ)能效率影響較大。蓄熱溫度和回?zé)釡囟仍礁?，系統(tǒng)的?損失越小，系統(tǒng)的儲(chǔ)能效率也越高。通過(guò)提升蓄熱回?zé)嵯到y(tǒng)的蓄熱溫度、換熱效率，可進(jìn)一步提升系統(tǒng)的整體效率。
2.3膨脹機(jī)
膨脹機(jī)利用了壓縮氣體膨脹降壓時(shí)勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的原理，作為系統(tǒng)的核心部件之一，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能具有決定性的影響。隨著壓縮空氣儲(chǔ)能膨脹機(jī)發(fā)電功率的提升，膨脹機(jī)進(jìn)氣壓力最大可達(dá)數(shù)十兆帕，進(jìn)氣溫度最高可達(dá)300℃。對(duì)于大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站，膨脹機(jī)一般采用多級(jí)膨脹帶中間再熱的結(jié)構(gòu)形式。
針對(duì)空氣的熱力特性開(kāi)發(fā)新型高效的空氣透平，是提高膨脹發(fā)電系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)空氣透平生產(chǎn)廠家主要有哈電汽輪機(jī)公司、東方汽輪機(jī)公司以及上海汽輪機(jī)廠等，均在透平膨脹機(jī)領(lǐng)域加大研發(fā)力度，目前壓縮空氣儲(chǔ)能的膨脹機(jī)已開(kāi)始研發(fā)300MW規(guī)模。
3、儲(chǔ)氣庫(kù)
壓縮空氣儲(chǔ)能儲(chǔ)氣庫(kù)包括高壓氣罐、低溫儲(chǔ)罐、廢舊礦洞、新建洞穴、鹽穴等多種形式。儲(chǔ)氣庫(kù)形式與機(jī)組容量、每千瓦投資關(guān)系見(jiàn)圖3。圖3中，機(jī)組容量為電站總裝機(jī)容量，400~1200MW容量一般裝機(jī)2~4臺(tái)。對(duì)我國(guó)規(guī)劃、可研、在建、已建項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)分析可知，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)機(jī)組容量多較大，其每千瓦投資相對(duì)較低；廢舊礦洞和新建洞穴也多可用作大型電站建設(shè)，每千瓦投資稍高于鹽穴建庫(kù)；而低溫儲(chǔ)罐和高壓氣罐一般用于中小型電站，且多處于試驗(yàn)階段，現(xiàn)階段其每千瓦平均投資普遍比地下儲(chǔ)氣庫(kù)高。由于大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站需要較大的儲(chǔ)氣空間，而地上儲(chǔ)氣罐（管）價(jià)格昂貴，現(xiàn)階段在建、已投產(chǎn)項(xiàng)目多采用地下儲(chǔ)氣庫(kù)，即鹽穴、新建洞穴和礦洞改造3種形式。本文就此3種形式的儲(chǔ)氣庫(kù)做重點(diǎn)論述。
3.1鹽穴
我國(guó)地下鹽巖分布范圍廣，埋深由數(shù)十米至1000m不等。與國(guó)外相比較，我國(guó)鹽巖具有礦層層數(shù)多、單層厚度薄的特點(diǎn)，并且鹽巖中多存在鈣芒硝、硬石膏和泥巖夾層等，夾層的存在可能影響洞穴的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定。但如果鹽穴的埋藏深度、構(gòu)造條件、密封性條件、鹽層地質(zhì)條件（厚度、含礦率、品味、夾層特征）、頂?shù)装宸€(wěn)定性等符合相關(guān)要求，仍具有建設(shè)鹽穴地下儲(chǔ)庫(kù)的條件。
從工程角度，為降低建庫(kù)成本，縮短建庫(kù)時(shí)間，最有效的辦法就是利用老腔改造，將已有鹽穴老腔改造成適宜壓縮空氣電站的儲(chǔ)氣庫(kù)。早期改造技術(shù)常用于天然氣儲(chǔ)氣中，而壓縮空氣儲(chǔ)能電站的高溫高壓、日循環(huán)、壓力變化大（最大4～14MPa，一般7～10MPa）等運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)鹽穴腔體篩選的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及腔體改造完成后的井筒穩(wěn)定性提出了更高的要求。此外，由于鹽巖極強(qiáng)的蠕變特性，鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)儲(chǔ)氣庫(kù)體積減少的情況，對(duì)于壓縮空氣儲(chǔ)能，儲(chǔ)氣庫(kù)容積決定了電站的調(diào)節(jié)性能和效率。因此，對(duì)長(zhǎng)期循環(huán)作用下的儲(chǔ)氣庫(kù)蠕變特性需格外關(guān)注。
3.2硬巖儲(chǔ)氣庫(kù)
地下儲(chǔ)氣庫(kù)是壓縮空氣儲(chǔ)能電站選址的決定因素，其中人工開(kāi)挖的硬巖洞室具有受地理位置限制小、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)鹽穴資源有限，因此人工開(kāi)挖洞穴在現(xiàn)階段的壓縮空氣儲(chǔ)能選點(diǎn)規(guī)劃中受到關(guān)注。
技術(shù)層面上，中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司通過(guò)試驗(yàn)研究和技術(shù)研發(fā)，突破了淺埋硬巖大規(guī)模地下高壓儲(chǔ)氣庫(kù)的建造技術(shù)，解決了10MPa級(jí)高壓空氣反復(fù)加卸載循環(huán)作用下地層穩(wěn)定及高壓密封問(wèn)題，可在巖石條件較好的地區(qū)開(kāi)展地下儲(chǔ)氣庫(kù)選址，拓寬了大型壓縮空氣儲(chǔ)能的應(yīng)用范圍。
3.3廢舊礦洞改造
礦洞改造建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)與新建硬巖儲(chǔ)氣庫(kù)有一定相似性，兩者洞內(nèi)均需采取支護(hù)、防護(hù)處理措施。利用煤礦洞穴作為壓縮空氣儲(chǔ)能儲(chǔ)氣庫(kù)，多選取布置在巖巷里的地下空間作為存儲(chǔ)空間，而不是利用采空區(qū)的空間。采空區(qū)上覆巖體受擾動(dòng)大，頂部垮落帶巖體一般呈碎裂狀，上部裂縫帶可能會(huì)連通礦洞與其上方的地下水。此外，礦內(nèi)洞穴仍會(huì)殘留大量瓦斯等有毒有害氣體。巖巷條件大多相對(duì)較好，且一般具有支護(hù)措施，基本具備儲(chǔ)氣庫(kù)條件，但仍存在受礦井水、有毒有害氣體危害的風(fēng)險(xiǎn)。
我國(guó)金屬礦品種齊全、分布廣泛。其中，銅等有色金屬礦物是在巖漿的冷卻過(guò)程中形成，其開(kāi)采后洞穴周邊巖體條件一般較好，經(jīng)采取支護(hù)襯砌等措施后，可基本滿足建設(shè)壓縮空氣儲(chǔ)氣庫(kù)的要求。
3.4地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)綜合分析
選取國(guó)內(nèi)3個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目，針對(duì)不同儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)成本進(jìn)行估算，結(jié)果見(jiàn)表1。對(duì)各類型儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)條件及造價(jià)條件的綜合分析可知：
（1）鹽穴儲(chǔ)庫(kù)多基于已開(kāi)采完成的老腔，主要成本在于初期改造和后期維護(hù)，相對(duì)建設(shè)投資成本較小。但鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)存在選點(diǎn)局限性、鹽穴失效、輸氣管道較長(zhǎng)導(dǎo)則氣壓損失大等問(wèn)題。①選點(diǎn)具有局限性。鹽穴資源有限，受壓縮空氣建庫(kù)條件限制，可選的鹽穴更少。此外，還需從開(kāi)發(fā)利用經(jīng)濟(jì)性和天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)等開(kāi)發(fā)形式進(jìn)行比較。相比而言，壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目回收期更長(zhǎng)。②可能存在鹽穴蠕變、鹽巖夾層變形破壞等問(wèn)題，誘發(fā)鹽穴失效。③鹽穴埋深大，輸氣管道過(guò)長(zhǎng)或口徑過(guò)小均可能導(dǎo)致沿程的氣壓損失大，進(jìn)而影響電站效率。
（2）新建硬巖儲(chǔ)氣庫(kù)布置限制最少，單位造價(jià)最高，運(yùn)行問(wèn)題相對(duì)較少。隨著壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的規(guī)?；l(fā)展，可根據(jù)所處不同地層巖體特性，采取不同支護(hù)和密封形式，地下工程的建設(shè)費(fèi)用有一定下降空間。
（3）礦洞改造儲(chǔ)氣庫(kù)工程造價(jià)適中，但不同礦洞的地質(zhì)條件相差較大，工程投資不確定性可能較大。對(duì)于煤礦而言，地下瓦斯等有毒氣體和煤巖損傷等可能影響電站運(yùn)營(yíng)。
4、應(yīng)用場(chǎng)景分析
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景具有不同的適用性，簡(jiǎn)析如下：
（1）削峰填谷場(chǎng)景。當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模日益增大，復(fù)雜性日益加劇，電網(wǎng)峰谷差給發(fā)電和電力調(diào)度造成了困難，且電網(wǎng)發(fā)生大面積停電故障的風(fēng)險(xiǎn)在逐步增大。因此，需要大容量、高效率的儲(chǔ)能技術(shù)緩解電網(wǎng)高峰供電壓力，同時(shí)提供事故備用，進(jìn)而保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。與抽水蓄能電站用于削峰填谷場(chǎng)景的功能類似，壓縮空氣儲(chǔ)能電站能量釋放時(shí)間為小時(shí)級(jí)以上，功率等級(jí)為百兆瓦級(jí)，調(diào)節(jié)能力為分鐘級(jí)，也具備服務(wù)電網(wǎng)削峰填谷需求的能力。國(guó)外已建的2座商業(yè)化運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能電站均用于削峰填谷場(chǎng)景。
（2）電源側(cè)可再生能源消納場(chǎng)景。我國(guó)風(fēng)能資源和太陽(yáng)能資源主要分布于西北地區(qū)，當(dāng)?shù)氐碾娔芟{能力不足，需進(jìn)行遠(yuǎn)距離外送。在風(fēng)電場(chǎng)和光伏發(fā)電場(chǎng)配備相應(yīng)比例的儲(chǔ)能系統(tǒng)是解決并網(wǎng)和遠(yuǎn)距離外送問(wèn)題的有效途徑。壓縮空氣等新型儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在電網(wǎng)無(wú)法消納風(fēng)電和光伏發(fā)電的情況下，將電能儲(chǔ)存起來(lái)，有效避免棄風(fēng)、棄光，有效支撐新能源基地打造，確保并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。
（3）電網(wǎng)輔助服務(wù)場(chǎng)景。電網(wǎng)輔助服務(wù)作為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器、平衡器，包括電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)相等功能。首先，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具備二次調(diào)頻的能力，并且由于壓縮空氣換熱溫差遠(yuǎn)小于燃?xì)廨啓C(jī)組，同樣等級(jí)下其頻率調(diào)節(jié)速率遠(yuǎn)快于燃機(jī)。其次，壓縮空氣發(fā)電機(jī)組在調(diào)峰時(shí)段也可起到支撐電網(wǎng)電壓的作用。如果考慮調(diào)峰任務(wù)完成后不停機(jī)而使發(fā)電機(jī)作調(diào)相機(jī)運(yùn)行，其系統(tǒng)運(yùn)行方式時(shí)可根據(jù)電網(wǎng)日負(fù)荷曲線安排發(fā)電和調(diào)相計(jì)劃。
（4）用戶側(cè)服務(wù)場(chǎng)景。用戶側(cè)作為電能發(fā)-輸-配-變-用的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，直接消耗電能（能源）以服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，服務(wù)于用戶側(cè)儲(chǔ)能可降低用電成本和提高用戶側(cè)電能可靠性。對(duì)于壓縮空氣儲(chǔ)能而言，還有一種面向用戶的場(chǎng)景，即冷-熱-電聯(lián)供，可更為充分地利用壓縮-發(fā)電過(guò)程中的冷、熱能，對(duì)于一些工業(yè)園區(qū)等耗能單位，統(tǒng)籌考慮其能源利用形式，可提高系統(tǒng)效率。此外，壓縮空氣儲(chǔ)能規(guī)模范圍達(dá)10～300MW，儲(chǔ)氣時(shí)長(zhǎng)可從分鐘級(jí)到小時(shí)級(jí)，儲(chǔ)氣裝置也可利用地面儲(chǔ)氣罐，規(guī)模及布置靈活，對(duì)分布式電力系統(tǒng)更具有適應(yīng)性，可能使用戶獲得較低的電費(fèi)水平。
5、壓縮空氣儲(chǔ)能建設(shè)成本和度電成本分析
壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)展與每千瓦投資、項(xiàng)目裝機(jī)容量關(guān)系見(jiàn)圖4。從圖4可知，壓縮空氣儲(chǔ)能電站的機(jī)組容量隨著技術(shù)迭代更新正逐步增大，每千瓦投資在逐步減少，相應(yīng)的期建設(shè)成本仍處于下降過(guò)程中。如國(guó)內(nèi)第1個(gè)投運(yùn)的非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣示范項(xiàng)目蕪湖電站裝機(jī)500kW，其投資約60000元/kW；肥城一期電站裝機(jī)10MW，其投資約10000元/kW；金壇項(xiàng)目和目前正在建設(shè)的張北、云崗井田項(xiàng)目投資約8000元/kW，已與中小型抽水蓄能建設(shè)成本相當(dāng)；部分可研階段和規(guī)劃階段的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，估算投資約5000～6000元/kW，已與大型抽水蓄能電站相當(dāng)。
在削峰填谷和電源側(cè)可再生能源消納（利用新能源基地棄風(fēng)棄光充電，不考慮充電成本）2種場(chǎng)景下，采用平準(zhǔn)化電力成本方法分析比較了不同的儲(chǔ)能技術(shù)的全壽命期度電成本，考慮了工程建設(shè)成本、運(yùn)維成本、儲(chǔ)能成本，對(duì)比抽水蓄能、中小型抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能2022（現(xiàn)水平）和2025（“十四五”末發(fā)展水平）、電化學(xué)儲(chǔ)能5種儲(chǔ)能形式，初步測(cè)算成果見(jiàn)表2。
在削峰填谷應(yīng)用場(chǎng)景下，壓縮空氣儲(chǔ)能當(dāng)前度電成本水平與中小型抽水蓄能電站相當(dāng)，“十四五”末度電成本進(jìn)一步降低，兩者均遠(yuǎn)低于電化學(xué)儲(chǔ)能。在可再生能源消納場(chǎng)景下，壓縮空氣儲(chǔ)能度電成本將更接近大型抽水蓄能水平。
6、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)及難點(diǎn)
（1）壓縮空氣儲(chǔ)能效率有待進(jìn)一步提高。目前，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的電換電效率為50%～65%、冷-熱-電綜合能源的利用效率為70%～80%，轉(zhuǎn)換效率仍相對(duì)較低、運(yùn)行成本較高。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合效率與各個(gè)子系統(tǒng)的能量效率密切相關(guān)，需從設(shè)備、工藝、應(yīng)用場(chǎng)景各方面進(jìn)行綜合研究。
（2）300MW級(jí)壓縮機(jī)尚處于技術(shù)研發(fā)階段。壓縮空氣儲(chǔ)能電站增大單機(jī)容量，并進(jìn)一步提高能量效率，繼續(xù)攻關(guān)大排量、高壓力、高效率的壓縮機(jī)和膨脹機(jī)，以及研究提高蓄熱溫度和回?zé)釡囟鹊?，是?shí)現(xiàn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；l(fā)展的必然要求。目前，已投產(chǎn)的壓縮空氣電站裝機(jī)容量為60MW（金壇）、開(kāi)展帶電調(diào)試單機(jī)容量為100MW（張北），100MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站尚處于示范階段，實(shí)現(xiàn)300MW級(jí)仍需進(jìn)行設(shè)備研發(fā)、經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)迭代。
（3）價(jià)格機(jī)制方面。新型儲(chǔ)能的成本回收機(jī)制還在探索中。壓縮空氣儲(chǔ)能需進(jìn)一步實(shí)施峰谷電價(jià)和儲(chǔ)能電價(jià)政策，對(duì)儲(chǔ)能的購(gòu)電價(jià)格、放電價(jià)格、輸配電價(jià)格以及結(jié)算方式等制定單獨(dú)的交易電價(jià)政策，在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好、市場(chǎng)化程度高的地區(qū)，加快探索儲(chǔ)能容量電費(fèi)機(jī)制。
7、結(jié)論與展望
（1）壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)較為成熟，裝機(jī)規(guī)模、使用壽命、調(diào)節(jié)性能等與中小型抽水蓄能電站相當(dāng)，且隨著單機(jī)規(guī)模的增加和建設(shè)成本的下降，逐漸趨近大型抽水蓄能電站的作用和效益。與抽水蓄能電站相比，其不受水資源限制，具有建設(shè)周期短、占地少和環(huán)保影響小等優(yōu)點(diǎn)。但額定工況下效率為60%左右，總體偏低。
（2）壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)正由100MW級(jí)示范應(yīng)用階段轉(zhuǎn)向規(guī)?；⑸虡I(yè)化發(fā)展，一大批壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目也處在規(guī)劃或設(shè)計(jì)階段，裝機(jī)規(guī)模逐步增大，但100MW級(jí)電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)仍需積累，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)仍需迭代升級(jí)。
（3）隨著項(xiàng)目增加和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，壓縮空氣儲(chǔ)能電站建設(shè)成本不斷下降?；诓煌瑧?yīng)用場(chǎng)景的初步分析表明，相比于削峰填谷應(yīng)用場(chǎng)景，壓縮空氣儲(chǔ)能在可再生能源消納場(chǎng)景下，度電成本低于中小型抽水蓄能電站，更接近大型抽水蓄能電站水平，具有一定的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力?？紤]到西北地區(qū)抽水蓄能電站存在水源條件差、建設(shè)和運(yùn)行成本高等問(wèn)題，隨著壓縮空氣儲(chǔ)能建設(shè)成本的逐漸下降，競(jìng)爭(zhēng)力將逐步提高。
（4）鑒于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)具備在特定場(chǎng)景的明顯優(yōu)勢(shì)，通過(guò)發(fā)展也具有一定的規(guī)?；l(fā)展?jié)摿?，可進(jìn)一步開(kāi)展以下技術(shù)研發(fā)和研究工作：大規(guī)模、高效率空氣壓縮機(jī)技術(shù)；系統(tǒng)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)等提升能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵技術(shù)；壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程對(duì)可再生能源不穩(wěn)定出力的適應(yīng)性，進(jìn)一步明確其配合新能源并網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力；壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)管理和產(chǎn)業(yè)鏈；壓縮空氣儲(chǔ)能運(yùn)行管理；壓縮空氣儲(chǔ)能電價(jià)政策。
