中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
摘 要：【目的】壓縮空氣儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能容量大、安全性高、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、建設(shè)周期短等優(yōu)勢(shì)，是未來和抽水蓄能相媲美的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，成為未來儲(chǔ)能重點(diǎn)布局的方向。在此背景下，文章通過對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，分析不同壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的工作原理、面臨挑戰(zhàn)及解決方案，以期對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展提供參考?！痉椒ā课恼率紫葘?duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)原理進(jìn)行了介紹；對(duì)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī)和換熱器等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了闡述，分析了大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能用的關(guān)鍵設(shè)備；并從地面關(guān)鍵工藝技術(shù)和地下儲(chǔ)氣設(shè)施兩個(gè)角度介紹了大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的常用關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展現(xiàn)狀及工程案例；最后對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明：蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能是當(dāng)前國(guó)內(nèi)的主流技術(shù)，且高溫儲(chǔ)熱成為未來壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展方向，也是壓縮空氣儲(chǔ)能提高效率的重要途徑。同時(shí)，系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)優(yōu)化、成本降低、應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)展等方面尚有一定改進(jìn)空間?！窘Y(jié)論】壓縮空氣儲(chǔ)能作為一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，對(duì)未來構(gòu)建新型電力系統(tǒng)具有重要的支撐作用。
關(guān)鍵詞：新型電力系統(tǒng)；壓縮空氣儲(chǔ)能；壓縮機(jī)；透平膨脹機(jī)；換熱器
引文信息
引用本文：袁照威，楊易凡. 壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. YUAN Zhaowei, YANG Yifan. Research status and development trend of compressed air energy storage technology [J]. Southern energy construction, 2024, 11(2): 146-153. DOI: 10.16516/j.ceec.2024.2.14
0 引言
“碳達(dá)峰、碳中和”背景下，太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)展迅速，但其存在一定的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，對(duì)電網(wǎng)造成一定的沖擊。儲(chǔ)能作為能源供給與需求時(shí)間不匹配的重要解決方案，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐[1-3]。
儲(chǔ)能具有多種類型，如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能等，不同類型儲(chǔ)能其功率、容量、響應(yīng)特征等不同，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景[4-5]。隨著可再生能源比例的增加，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。壓縮空氣儲(chǔ)能作為一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，其具有儲(chǔ)能容量大、安全性高、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，成為唯一和抽水蓄能媲美的儲(chǔ)能技術(shù)[6-8]。目前，壓縮空氣儲(chǔ)能逐漸受到政府的重視，先后出臺(tái)了相關(guān)政策，進(jìn)一步促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展[9-10]。
眾多學(xué)者圍繞著壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，從地面工藝技術(shù)、地下儲(chǔ)氣設(shè)施、系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備都開展相關(guān)研究。萬明忠等[11-12]對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能地下選址關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析，并提出了壓縮空氣儲(chǔ)能地下鹽穴關(guān)鍵問題及相應(yīng)的處理技術(shù)；梅生偉等[13]從壓縮空氣儲(chǔ)能電站建模、能效提升、運(yùn)行規(guī)劃及市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)等方面分析了先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能的研究現(xiàn)狀；陳海生等[14]對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能原理、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出了未來壓縮空氣儲(chǔ)能的發(fā)展趨勢(shì)；姜小峰等[15]從工藝流程、系統(tǒng)集成度、整體經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行維護(hù)方便等角度分析了壓縮空氣儲(chǔ)能電站主廠房設(shè)計(jì)優(yōu)化。
在前人研究基礎(chǔ)上，對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能的技術(shù)原理、關(guān)鍵設(shè)備、地上工藝技術(shù)、儲(chǔ)氣設(shè)施等技術(shù)現(xiàn)狀分析，探討技術(shù)存在的難點(diǎn)和未來發(fā)展趨勢(shì)，明確后期應(yīng)用研究重點(diǎn)，為后續(xù)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、設(shè)備的發(fā)展提供理論和實(shí)際應(yīng)用支撐。
1 技術(shù)現(xiàn)狀
1.1 技術(shù)原理
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)是一種利用壓縮空氣儲(chǔ)存能量的物理儲(chǔ)能技術(shù)[16-17]，分為非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能和補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能，目前國(guó)內(nèi)主要以非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)為主，主要包含了能量輸入、能量解耦、能量耦合和能量輸出4個(gè)過程（圖1）。
圖1 非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)原理示意圖
1）能量輸入：在用電低谷時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)將環(huán)境中的空氣吸入并壓縮成高溫高壓空氣，將電能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，完成能量的輸入過程。
2）能量解耦：通過壓縮側(cè)換熱器將換熱后的低溫空氣儲(chǔ)存至儲(chǔ)氣單元，升溫后的高溫?fù)Q熱介質(zhì)存儲(chǔ)至儲(chǔ)熱單元，將內(nèi)能分離成熱能和勢(shì)能，完成壓縮熱能和壓力勢(shì)能的解耦。
3）能量耦合：通過膨脹側(cè)換熱器將儲(chǔ)氣單元釋放的高壓空氣與儲(chǔ)熱單元中的高溫?fù)Q熱介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，換熱后的介質(zhì)返還至儲(chǔ)熱單元中，空氣進(jìn)入膨脹側(cè)，完成壓縮熱能和壓力勢(shì)能的耦合。
4）能量輸出：在用電高峰時(shí)，換熱后的空氣轉(zhuǎn)換為高溫高壓空氣，驅(qū)動(dòng)透平膨脹機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，從而完成能量的輸出。
1.2 關(guān)鍵設(shè)備
壓縮空氣儲(chǔ)能電站關(guān)鍵設(shè)備主要包含壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、換熱器、發(fā)電機(jī)、蓄熱裝置等，相關(guān)設(shè)備制造能力已基本成熟，重點(diǎn)介紹壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī)和換熱器三大關(guān)鍵設(shè)備。
1）壓縮機(jī)：壓縮空氣儲(chǔ)能電站使用的壓縮機(jī)具有流量大、高溫高壓、頻繁啟停、寬負(fù)荷等特點(diǎn)，總壓比較大，為防止壓縮機(jī)出口材料因高溫發(fā)生蠕變，采用多級(jí)壓縮，從而降低單級(jí)壓縮機(jī)出口溫度。根據(jù)國(guó)內(nèi)外已投運(yùn)的大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站發(fā)展情況及不同類型壓縮機(jī)使用范圍，大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能電站主要以離心式和軸流式等類型為主。
2）透平膨脹機(jī)：透平膨脹機(jī)是利用壓縮氣體膨脹降壓時(shí)向外輸出機(jī)械功，將壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的設(shè)備，具有大流量、多次再熱、小焓降等特點(diǎn)[18]。針對(duì)大容量壓縮空氣儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)氣壓力較大，較高的儲(chǔ)氣壓力決定膨脹機(jī)組需要較大的膨脹比，一般多采用多級(jí)膨脹、級(jí)間再熱方式。
3）換熱器：換熱器的種類繁多，按其傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)可分為管式、板式和特殊形式換熱器[6]。板式換熱器具有傳熱系數(shù)高、單位體積內(nèi)的傳熱面積大等優(yōu)勢(shì)，換熱性能優(yōu)于管式換熱器，但其承壓和耐溫能力差、適用于流量小的場(chǎng)景。針對(duì)大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能電站而言，從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，多選用管式換熱器。
1.3 關(guān)鍵技術(shù)
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)主要包含地上工藝技術(shù)以及儲(chǔ)氣設(shè)施，二者對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)高效、安全和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要影響。
1.3.1 工藝技術(shù)
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)種類較多，根據(jù)是否需要熱源分為補(bǔ)燃式和非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能[19]，根據(jù)流動(dòng)介質(zhì)狀態(tài)分為液態(tài)和氣態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能等。目前已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站僅有德國(guó)的Huntorf電站和美國(guó)的McIntosh電站，兩者均采用天然氣進(jìn)行補(bǔ)燃，以增大透平膨脹機(jī)做功能力。為解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)存在的問題，在傳統(tǒng)補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)上，相繼開發(fā)了絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能、等溫壓縮空氣儲(chǔ)能、液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能等技術(shù)。通過技術(shù)不斷迭代升級(jí)，旨在充分利用系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，提升系統(tǒng)的效率。
1）傳統(tǒng)補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)
傳統(tǒng)補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是將進(jìn)入膨脹機(jī)前的高壓空氣與補(bǔ)充燃料進(jìn)行充分混合并燃燒，提高膨脹機(jī)進(jìn)口處溫度形成高溫高壓氣體，使其做功能力得到提升（圖2）。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)通過外加燃料，提升空氣的溫度進(jìn)而增強(qiáng)透平膨脹機(jī)的做功能力，但是該技術(shù)嚴(yán)重依賴于天然氣等化石燃料，一方面造成環(huán)境的污染，不符合國(guó)家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型發(fā)展的目標(biāo)；另一方面是壓縮過程中產(chǎn)生的壓縮熱直接排掉，造成系統(tǒng)整體效率下降。為了解決對(duì)天然氣等化石燃料的依賴，可采用太陽能熱能等加熱釋放的空氣，提升系統(tǒng)效率。
圖2 傳統(tǒng)補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)原理圖
2）絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)
絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)采用換熱器來回收壓縮過程所產(chǎn)生的熱量，并將這部分熱量用于加熱進(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)口處空氣，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能和釋能過程中熱量的交換（圖3）。且各過程在近似絕熱的條件下進(jìn)行，使得系統(tǒng)效率提升。但實(shí)際工程中無法實(shí)現(xiàn)真正絕熱，所以該技術(shù)處于論證階段。
圖3 絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能原理圖
當(dāng)壓縮機(jī)具有高的壓力比時(shí)，會(huì)導(dǎo)致空氣在壓縮機(jī)出口處的溫度過高，使得壓縮機(jī)耗功增大。為了降低壓縮機(jī)排氣溫度，眾多學(xué)者在壓縮機(jī)間采用了級(jí)間冷卻的方式，由此誕生出蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能。該技術(shù)與絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能運(yùn)行過程基本相同，但增加了級(jí)間冷卻和再熱的方式（圖4）。該系統(tǒng)對(duì)設(shè)備材料要求降低且能更高效地利用壓縮過程中產(chǎn)生的熱量，提升系統(tǒng)整體效率。但由于增加了級(jí)間換熱裝置，系統(tǒng)的投資成本提高。蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)換熱介質(zhì)通常采用水、導(dǎo)熱油或熔鹽，導(dǎo)熱油儲(chǔ)熱溫度高，但成本高且需要定期更換。壓力水廉價(jià)、成本低，但儲(chǔ)熱溫度低，儲(chǔ)熱溫度增加時(shí)水罐壓力增加，對(duì)儲(chǔ)罐和換熱壁厚要求增加，增加投資成本。熔鹽儲(chǔ)熱溫度高，成本較導(dǎo)熱油低，較壓力水高。因此，蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的難點(diǎn)是壓縮熱能的儲(chǔ)存、儲(chǔ)熱材料的選擇以及系統(tǒng)成本的降低等。
圖4 蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能原理圖
目前，國(guó)內(nèi)蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用較廣，如江蘇金壇60 MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目于2022年5月并網(wǎng)；河北張家口100 MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目于2022年9月并網(wǎng)；湖北應(yīng)城300 MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目、甘肅酒泉300 MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目正在建設(shè)中。
3）等溫壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)
該技術(shù)采用換熱溫度控制手段，使空氣在壓縮和膨脹過程為準(zhǔn)等溫過程；壓縮和膨脹過程中實(shí)時(shí)解耦和耦合壓縮熱能和壓力勢(shì)能，使得壓縮空氣不發(fā)生較大的溫變（圖5）。等溫壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)無燃燒室和儲(chǔ)熱裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行參數(shù)較低。但等溫壓縮和膨脹過程較難實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)效率較低。因此，該技術(shù)面臨最大的問題是實(shí)現(xiàn)熱量的管理，即如何保持溫度恒定。為實(shí)現(xiàn)熱量的管理，需要設(shè)計(jì)高效的熱交換系統(tǒng)，可以使用高導(dǎo)熱材料和先進(jìn)的熱交換技術(shù)提高熱傳導(dǎo)效率，同時(shí)采用良好的絕熱材料減少熱量的損失。同時(shí)，等溫壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)壓縮機(jī)和膨脹機(jī)要求較高，需要克服高溫、高壓帶來的材料強(qiáng)度、密封性和振動(dòng)等問題，可采用高溫合金、陶瓷材料和精密制造技術(shù)等解決。
圖5 等溫壓縮空氣儲(chǔ)能原理圖
目前該技術(shù)已在美國(guó)New Hampshire州和Texas州分別開展1.5 MW/1.5 MWh和2 MW/500 MWh的示范項(xiàng)目。
4）液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)
液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)主要是利用空氣的液化相變特性，液態(tài)空氣所需儲(chǔ)氣庫(kù)體積較小，占地面積小。其主要在用電低谷期間，利用棄風(fēng)棄光電或低谷電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并借助壓縮機(jī)和蓄冷裝置將環(huán)境空氣壓縮、冷卻、液化存儲(chǔ)至低溫儲(chǔ)罐中；在用電高峰時(shí)，儲(chǔ)罐中的液化壓縮空氣進(jìn)行加壓、升溫，液態(tài)空氣氣化后進(jìn)入膨脹機(jī)做功，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電（圖6）。該技術(shù)能夠大大降低儲(chǔ)氣庫(kù)的體積，占地面積小，但壓縮空氣在液化冷卻和氣化加熱過程中，需消耗部分能量，造成效率有所下降，同時(shí)增加了蓄冷裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，提高液化壓縮空氣儲(chǔ)能的效率是面臨的問題，可采用高效的壓縮機(jī)、膨脹機(jī)，并對(duì)熱交換器進(jìn)行優(yōu)化，減少能量損失。也可以通過智能控制和優(yōu)化調(diào)度算法，改進(jìn)壓縮和膨脹過程，提高能量轉(zhuǎn)換效率。
圖6 液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能原理圖
目前，英國(guó)Highview公司于2010年建成350 kW/2.5 MWh液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目并投入運(yùn)行，并開展5 MW/15 MWh示范電站；中科院工程熱物理研究所于2013年在廊坊建成1.5 MW示范系統(tǒng)。
目前，國(guó)內(nèi)主要以絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)為主，中科院工程熱物理研究所完成了蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)研發(fā)[20]，并在此基礎(chǔ)上提出超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)；清華大學(xué)提出基于壓縮熱回饋的非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究[21]；中國(guó)能建以300 MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能作為項(xiàng)目研究和開發(fā)起點(diǎn)，提出了“絕熱壓縮+寬溫蓄熱+地下儲(chǔ)氣庫(kù)”的中國(guó)能建系統(tǒng)解決方案，并針對(duì)儲(chǔ)換熱系統(tǒng)創(chuàng)新性地提出了“高壓熱水為儲(chǔ)熱的中溫絕熱壓縮”和“低熔點(diǎn)混合熔鹽儲(chǔ)熱+高壓水儲(chǔ)熱的高溫絕熱壓縮”2條技術(shù)路線[22]。因此，未來壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)將朝著大規(guī)模、高溫絕熱方向發(fā)展。
1.3.2 儲(chǔ)氣設(shè)施
儲(chǔ)氣設(shè)施是大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能電站規(guī)劃設(shè)計(jì)首要考慮因素，對(duì)電站建設(shè)成本和選址有著重要影響，也是未來電站運(yùn)行成敗的關(guān)鍵因素[11-12, 23]。儲(chǔ)氣設(shè)施至少要保證3點(diǎn)要求：（1）容量大，一般需要至少數(shù)十萬立方米；（2）密封性高，能保證氣體不會(huì)發(fā)生泄漏；（3）穩(wěn)定性好，力學(xué)性能穩(wěn)定能保證長(zhǎng)期存儲(chǔ)。目前，儲(chǔ)氣設(shè)施有地上儲(chǔ)氣設(shè)施、天然鹽穴、人工硐室等。對(duì)于大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站而言，所需要的儲(chǔ)氣空間較大，地上儲(chǔ)氣設(shè)施成本較高，一般適用于中小型電站。從目前壓縮空氣儲(chǔ)能向著規(guī)?；l(fā)展的趨勢(shì)，多數(shù)壓縮空氣儲(chǔ)能電站儲(chǔ)氣設(shè)施以鹽穴、人工硐室為主。
1）天然鹽穴
鹽穴是鹽礦開采后留下的礦洞，具有體積大、密閉性好、儲(chǔ)氣壓力高、成本低、力學(xué)性穩(wěn)定、占地面積小等特點(diǎn)，我國(guó)鹽穴資源豐富，已利用的鹽穴約0.2%，大部分鹽穴都處于閑置狀態(tài)，未來可利用的空間較大。
目前，壓縮空氣儲(chǔ)能電站多數(shù)利用鹽穴作為儲(chǔ)氣設(shè)施，鹽巖的蠕變和損傷恢復(fù)性可以滿足頻繁的注釆需求，開闊的內(nèi)部空間使氣體更易采出，德國(guó)Huntorf電站和美國(guó)McIntosh電站均采用天然鹽穴作為儲(chǔ)氣設(shè)施，儲(chǔ)氣規(guī)模分別為3.1×105 m3和5.6×105 m3。鹽穴雖為一種良好的儲(chǔ)氣設(shè)施，但其選址受鹽穴資源分布限制，需滿足儲(chǔ)能電站充放氣引起的壓力變化，以及巖層蠕變等要求。
2）人工硐室
人工硐室主要以混凝土作為襯砌，配合密封層和圍巖組成。儲(chǔ)存的高壓氣體所產(chǎn)生的壓力由圍巖承擔(dān)，混凝土襯砌配合密封層實(shí)現(xiàn)良好的密封性。目前，河北張家口100 MW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目采用儲(chǔ)氣罐+人工硐室的儲(chǔ)氣方式；中國(guó)能建甘肅酒泉300 MW壓縮空氣儲(chǔ)能采用人工硐室作為儲(chǔ)氣設(shè)施，是世界上首套300 MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能人工硐室儲(chǔ)氣項(xiàng)目。
人工硐室儲(chǔ)氣庫(kù)的最大優(yōu)點(diǎn)是適合建庫(kù)的硬巖巖石類型多，且地層分布廣泛，有效擺脫了對(duì)鹽巖地層的依賴性，適用于擁有豐富風(fēng)光資源但沒有鹽穴的三北地區(qū)，可實(shí)現(xiàn)壓縮空氣儲(chǔ)能與風(fēng)光資源的聯(lián)動(dòng)，但成本較高。未來隨著壓縮空氣儲(chǔ)能大規(guī)模發(fā)展，人工硐室開挖技術(shù)逐漸成熟，可使其成本下降規(guī)模增大。目前，圍繞儲(chǔ)能硐庫(kù)密閉性和穩(wěn)定性這兩大問題，已經(jīng)開展了初步的試驗(yàn)和理論研究，但仍需針對(duì)長(zhǎng)期高頻注采下的硐庫(kù)圍巖疲勞損傷和密閉性開展系統(tǒng)評(píng)價(jià)。
2 發(fā)展趨勢(shì)
壓縮空氣儲(chǔ)能是一種具有較廣應(yīng)用前景的儲(chǔ)能技術(shù)，裝機(jī)規(guī)模已從kW向MW級(jí)、百M(fèi)W級(jí)發(fā)展，300 MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站已開始建設(shè)，壓縮空氣儲(chǔ)能呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，是一種具有較廣應(yīng)用前景的儲(chǔ)能技術(shù)，勢(shì)必對(duì)未來的電網(wǎng)起到一定的支撐作用[24]。但尚有一定的發(fā)展空間，具體表現(xiàn)為：
1）設(shè)備發(fā)展展望：壓縮空氣儲(chǔ)能電站存在頻繁啟停、工況多變等場(chǎng)景，需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)寬工況范圍內(nèi)高負(fù)荷運(yùn)行，并且實(shí)現(xiàn)在變工況下對(duì)壓力、排氣參數(shù)的調(diào)整；透平膨脹機(jī)需要在變工況下的寬負(fù)荷運(yùn)行，以夠適應(yīng)大范圍壓力、流量的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)透平膨脹機(jī)的安全、高效運(yùn)行；換熱器需要進(jìn)一步從材料、流道結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)上進(jìn)行優(yōu)化，提升換熱器的傳熱效率。
2）技術(shù)發(fā)展展望：尋找更環(huán)保的外來熱源代替?zhèn)鹘y(tǒng)補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能的化石燃料；開發(fā)換熱性能高且成本低的換熱介質(zhì)，如低熔點(diǎn)混合熔鹽，提高壓縮機(jī)壓縮熱的儲(chǔ)存溫度，提升系統(tǒng)換熱效率；壓縮空氣儲(chǔ)能朝著大規(guī)模方向發(fā)展，隨著單級(jí)規(guī)模提升，可有效降低投資成本，提高系統(tǒng)效率；儲(chǔ)氣設(shè)施需要加大對(duì)現(xiàn)有鹽穴資源的充分利用，同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)人工硐室儲(chǔ)氣設(shè)施的研究，以適應(yīng)鹽穴資源較為貧乏的地區(qū)。
3）應(yīng)用場(chǎng)景展望：壓縮空氣儲(chǔ)能作為一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，具有快速啟停、循環(huán)壽命長(zhǎng)、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在削峰填谷、新能源消納、調(diào)頻調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)備用、應(yīng)急電源、黑啟動(dòng)等方面具有廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，壓縮空氣儲(chǔ)能作為一種具有儲(chǔ)熱、儲(chǔ)電、儲(chǔ)氣的系統(tǒng)，具有冷熱電聯(lián)供的特點(diǎn)，可充分與綜合能源系統(tǒng)結(jié)合，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)的冷-熱-電三聯(lián)供。
3 結(jié)論
壓縮空氣儲(chǔ)能通過電能、勢(shì)能、熱能等能量的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和釋放，是未來大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的最佳選擇。通過以上研究，得到以下結(jié)論和認(rèn)識(shí)：
1）傳統(tǒng)補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能不符合國(guó)家雙碳目標(biāo)且效率低，發(fā)展受限。非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能通過回收壓縮熱，提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率。高溫儲(chǔ)熱是壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展的方向，隨著儲(chǔ)熱參數(shù)的提高，可以達(dá)到更高的轉(zhuǎn)換效率。
2）壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和換熱器作為壓縮空氣儲(chǔ)能三大關(guān)鍵設(shè)備，其技術(shù)迭代升級(jí)優(yōu)化是未來的必然趨勢(shì)，如開發(fā)高溫壓縮機(jī)、寬負(fù)荷膨脹機(jī)、高效換熱器、寬溫域儲(chǔ)熱介質(zhì)等，都會(huì)推動(dòng)壓縮空氣儲(chǔ)能效率的提升。
3）壓縮空氣儲(chǔ)能將朝著大規(guī)模方向發(fā)展，通過實(shí)施大規(guī)?；档拖到y(tǒng)單位投資成本，便于規(guī)?；茝V，符合新型電力系統(tǒng)要求。
