中國儲能網(wǎng)訊：隨著全球能源結(jié)構(gòu)的深刻變革和“雙碳”目標(biāo)的提出，能源行業(yè)正面臨著前所未有的轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)與機遇。在這一背景下，儲能技術(shù)作為促進可再生能源并網(wǎng)消納和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐，受到了廣泛關(guān)注。其中，壓縮空氣儲能（Compressed Air Energy Storage,CAES）技術(shù)因其清潔、高效、大規(guī)模的儲能特性，成為儲能領(lǐng)域的重要研究方向。CAES技術(shù)不僅能夠提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力和運行靈活性，還能有效緩解可再生能源的間歇性和不穩(wěn)定性問題，成為了支撐可再生能源并網(wǎng)消納的重要手段，對促進風(fēng)能、太陽能等新能源的高效利用具有重要意義。該技術(shù)通過將用電低谷、棄風(fēng)、棄光等不易儲存的電能壓縮空氣進行能量儲存，然后在用電高峰時釋放能量發(fā)電，能夠有效地實現(xiàn)電力系統(tǒng)的削峰填谷，提高電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力和運行效率。
近年來，各國紛紛出臺政策支持儲能技術(shù)的發(fā)展，以推動能源行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。在中國，隨著對可再生能源的重視和儲能需求的增長，CAES技術(shù)的研究與應(yīng)用正逐步展開。盡管中國在CAES領(lǐng)域的起步較晚，但在技術(shù)研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)以及工程應(yīng)用示范方面，中國已經(jīng)達到了世界領(lǐng)先水平。CAES技術(shù)在推動節(jié)能減排、能源消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、儲能技術(shù)進步以及能源企業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型中扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅是國家能源安全和行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)支撐。本文將系統(tǒng)梳理CAES技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析其在多場景中的應(yīng)用潛力，并探討當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向，為CAES技術(shù)的規(guī)模化發(fā)展和能源行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供參考。
1 壓縮空氣儲能技術(shù)發(fā)展概況
1.1 壓縮空氣儲能發(fā)展背景及需求分析
自2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出“中國將秉持人類命運共同體理念，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”，我國便開始了構(gòu)建以新能源為主題的新型電力系統(tǒng)。近年來，國家密集出臺推動新型儲能技術(shù)發(fā)展及規(guī)?；瘧?yīng)用政策，按發(fā)展階段分類推進相關(guān)儲能技術(shù)的研究探索、試點示范、商業(yè)化利用和規(guī)模應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已有16個省份40個地區(qū)的地方政府出臺了儲能補貼政策，補貼方式主要有放電量補貼、容量補貼和投資補貼。新型儲能目前正處于初步商業(yè)化階段，以新能源體系推進“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)依舊是我國堅定不移的發(fā)展道路。
根據(jù)全國新能源消納監(jiān)測預(yù)警中心的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如圖1所示，截至2024年6月，我國累計風(fēng)電棄用率3.9%，累計光電棄用率3%，在地區(qū)上表現(xiàn)出嚴重的不均衡性，部分省市風(fēng)電棄電率高達7.9%，光伏棄電率高達28.3%，新能源市場亟需儲能設(shè)施進行調(diào)節(jié)。
新型電力儲能主要包括電化學(xué)儲能、機械儲能、電磁儲能、氫儲能和熱儲能，相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表1，綜合對比來看電化學(xué)儲能在能量轉(zhuǎn)化率、響應(yīng)時間等方面優(yōu)勢較大，但其整體使用壽命低、成本較高；電磁儲能的效率較高，但其受經(jīng)濟性和可靠性的限制，實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化建設(shè)還很遙遠；氫儲能和熱儲能均受限于系統(tǒng)效率低、單位成本較高。相較于其他新型儲能類型，壓縮空氣儲能的使用壽命較長、單位成本較低、能量轉(zhuǎn)化率相對較高，并且還具有清潔、高效、占地小等優(yōu)勢，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
根據(jù)國家發(fā)改委的預(yù)測，到2025年，新型儲能裝機規(guī)模將達到30GW以上，其中空氣壓縮儲能的裝機量占比將在30%左右。根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如圖2所示，目前壓縮空氣儲能在新型儲能的占比僅為1.1%，所以壓縮空氣儲能仍有較大的發(fā)展空間。
1.2 壓縮空氣儲能發(fā)展歷程及建設(shè)現(xiàn)狀
壓縮空氣儲能技術(shù)由Stal Laval于1949年提出，經(jīng)歷了長期的探索和優(yōu)化，實現(xiàn)了CAES技術(shù)的工程應(yīng)用。20世紀(jì)40-70年代是CAES技術(shù)的探索與起步階段，于1978年全球第一座商業(yè)運營的鹽穴型壓縮空氣儲能電站Huntorf在德國建成并投入使用[17]，該儲能電站是建立在區(qū)域鹽腔儲氣技術(shù)相對成熟、地質(zhì)資料充足的基礎(chǔ)上，采用天然氣補燃的方式提高發(fā)電效率，系統(tǒng)整體效率為42%。20世紀(jì)80-90年代是CAES技術(shù)的優(yōu)化階段，受制于儲熱技術(shù)、材料限制，無法實現(xiàn)絕熱壓縮空氣儲能，美國太平洋西北國家實驗室在CASE系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了透平排氣余熱再利用系統(tǒng)，節(jié)省了燃氣的消耗，在1991年美國建成了McIntosh電站，系統(tǒng)效率為54%，得到了大幅提高。自21世紀(jì)以來，在傳統(tǒng)補燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，圍繞系統(tǒng)效率提升，國外研究相繼開展了先進絕熱壓縮空氣儲能、等溫壓縮空氣儲能、超臨界壓縮空氣儲能等系統(tǒng)的示范性工程。
國內(nèi)在CAES技術(shù)的起步時間較晚，2004年起，中科院熱物所、清華大學(xué)、中科院物化所陸續(xù)致力于研究工業(yè)化大規(guī)模非補燃壓縮空氣儲能系統(tǒng)，并開展了相關(guān)試驗示范項目[19-21]。自2021年中鹽、華能、清華共同建設(shè)的金壇儲能電站投產(chǎn)后，我國進入壓縮儲能逐步進入商業(yè)化運行階段。2013年，河北廊坊地區(qū)建成了國內(nèi)首套1.5MW級別的超臨界壓縮空氣儲能（SC-CAES）示范項目，系統(tǒng)效率達52.1%[22]；2014年，安徽蕪湖建立了500KW壓縮空氣儲能（AA-CAES）示范項目，首套絕熱儲能系統(tǒng)，電效率41%，綜合能源利用率72%[23]；2021年，中科院熱物所建設(shè)的肥城10MW鹽穴壓縮空氣儲能電站正式并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著國際首個鹽穴先進壓縮空氣儲能電站已進入正式商業(yè)運行狀態(tài)[24]；同年，貴州畢節(jié)10MW先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)成功并網(wǎng)，系統(tǒng)效率60.2%，是國際上首套采用集氣裝置進行儲氣的壓縮空氣儲能電站[25]；2022年，中鹽、華能、清華聯(lián)合建設(shè)的金壇壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)（AA-CAES）國家示范項目，發(fā)電功率60MW，系統(tǒng)效率58.2%[26]；同年，中儲國能建設(shè)河北張家口100MW壓縮空氣儲能（AA-CAES）電站，電轉(zhuǎn)換率為70.5%[27]；2024年，湖北應(yīng)城300MW級壓縮空氣儲能（AACAES）電站，提出“絕熱壓縮+寬溫蓄熱+地下儲氣庫”方案，實現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化[28]；同年4月，中儲國能在山東肥城建設(shè)的300MW/1800MWh先進壓縮空氣儲能國家示范電站并網(wǎng)，系統(tǒng)效率72%[29]。
目前國內(nèi)壓縮空氣儲能較為成熟，形成了以中科院熱物所、清華大學(xué)、中能建、中科院理化所主導(dǎo)的AA-CAES、LAES、SC-CAES為代表的先進壓縮空氣儲能技術(shù)路線。目前國內(nèi)300MW級壓縮空氣儲能電站已取得重大突破，裝機規(guī)模處于世界領(lǐng)先地位。國內(nèi)外主要已建和在建的壓縮空氣儲能項目如表2所示，壓縮空氣儲能項目呈現(xiàn)出2大特點：①項目開發(fā)大幅提速，新增項目數(shù)量顯著增加；②裝機規(guī)模從KW向MW、百MW級別快速發(fā)展。
2 壓縮空氣儲能工藝系統(tǒng)與技術(shù)路線
2.1 壓縮空氣儲能工作原理
壓縮空氣儲能（CAES）技術(shù)作為一種大規(guī)模物理儲能方式，其核心在于利用電力系統(tǒng)中的過剩電能或低谷電能來壓縮空氣，并將其儲存在高壓狀態(tài)下，用電高峰期再將壓縮空氣膨脹做工進行釋能，形成“電能-勢能-電能”的能量轉(zhuǎn)換過程。這一過程包括兩個主要階段：儲能階段和釋能階段（圖3）。
在儲能階段，對用電低谷、棄風(fēng)棄光等不易儲藏或間歇性強的電能，通過電動機驅(qū)動壓縮機將環(huán)境空氣壓縮成高溫高壓狀態(tài)。壓縮過程中產(chǎn)生的熱量通過換熱器傳遞給儲熱系統(tǒng)，而壓縮空氣則被冷卻至接近環(huán)境溫度后儲存于儲氣設(shè)施中。這一步驟將電能轉(zhuǎn)化為空氣的壓力勢能。在釋能階段，高壓空氣從儲氣設(shè)施中釋放，并通過儲熱系統(tǒng)加熱至高溫高壓狀態(tài)，然后進入透平膨脹機膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，將儲存的壓力勢能轉(zhuǎn)換回電能，供應(yīng)電網(wǎng)。整個儲能系統(tǒng)不僅提高了能源利用效率，還有助于平衡電網(wǎng)負荷，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，增強電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2.2 壓縮空氣儲能技術(shù)分類及對比分析
壓縮空氣儲能主要技術(shù)分類及對比匯總表，如表3所示。從技術(shù)特點與效率來看，傳統(tǒng)補燃式CAES雖技術(shù)成熟，但高碳排放與低效率嚴重違背我國“雙碳”目標(biāo)，應(yīng)逐步退出市場。AA-CAES在環(huán)保性（零碳排放）與效率（55%~75%）上表現(xiàn)突出，且中國已建成示范項目（如江蘇金壇），具備規(guī)?；茝V基礎(chǔ)，是當(dāng)前最適合中國發(fā)展的技術(shù)路徑。其高溫儲熱路線可進一步提升儲能密度，需重點突破材料與溫控技術(shù)。LAES與SC-CAES在儲能密度和效率潛力上具備優(yōu)勢（LAES設(shè)計效率達85%，SC CAES理論效率70%），但系統(tǒng)復(fù)雜性與高成本制約商業(yè)化。建議優(yōu)先推進LAES的國產(chǎn)化應(yīng)用（如青海格爾木項目），同時探索超臨界設(shè)備制造技術(shù)。UW-CAES與D-CAES分別依托水體靜壓和分布式部署，適合電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)與區(qū)域能源協(xié)同，但技術(shù)成熟度低、成本高，需結(jié)合海洋工程與智能電網(wǎng)技術(shù)長期培育。I-CAES理論效率極高，但設(shè)備要求苛刻且實際效率不足45%，短期內(nèi)難以落地。
總體來看，我國對于壓縮空氣儲能技術(shù)的探索，短期內(nèi)應(yīng)該以AA-CAES為核心，加速高溫儲熱材料國產(chǎn)化與鹽穴儲氣技術(shù)推廣，支撐風(fēng)光基地配套儲能。中期階段需要推動LAES與SC-CAES示范項目規(guī)?；档拖到y(tǒng)成本，布局城市電網(wǎng)與高密度儲能場景。長期來看，需要探索UW-CAES與D-CAES的工程化應(yīng)用，結(jié)合虛擬電廠與多能互補模式，構(gòu)建靈活、低碳的新型儲能體系。
2.3 壓縮空氣儲能主要儲氣方式
儲氣設(shè)施是壓縮空氣儲能系統(tǒng)中儲存高壓空氣的關(guān)鍵部分，其設(shè)計和選擇對系統(tǒng)的效率、經(jīng)濟性和可靠性至關(guān)重要。理想的儲氣系統(tǒng)應(yīng)具有大容量、高密封性和良好的穩(wěn)定性。儲氣方式具有多種類型，通常可分為地下、地面和水下三種系統(tǒng)，具體包括天然地下洞穴（如鹽穴）、廢棄油氣藏、人工硐室、金屬容器和復(fù)合材料容器等7類，不同儲氣方式示意如圖4所示。
每種儲氣方式都有其獨特的特點和適用場景，同時也面臨著各自的挑戰(zhàn)，不同儲氣方式特點分析如表4所示。鹽穴儲氣技術(shù)成熟且經(jīng)濟性高，是目前國內(nèi)外主流儲氣方式，但依賴鹽礦資源的地理限制顯著，適合鹽層豐富地區(qū)。廢棄油氣藏儲氣具有成本效益和環(huán)保優(yōu)勢，但需復(fù)雜地質(zhì)評估，適用于油氣資源枯竭區(qū)，是資源再利用的優(yōu)選路徑。人工硐室儲氣靈活性高，可在無天然洞穴地區(qū)部署，但初始投資和密封維護成本較高，適合硬巖層分布廣泛的區(qū)域。含水層儲氣規(guī)模潛力大且分布廣，但泄漏風(fēng)險與監(jiān)測難度限制了其推廣，需針對我國特殊地質(zhì)條件開展可行性驗證。廢棄礦井巷道儲氣通過改造廢棄礦井實現(xiàn)資源再利用，儲氣容量大，但需解決地質(zhì)穩(wěn)定性問題，適合礦區(qū)轉(zhuǎn)型場景。金屬材料儲氣靈活性強，適合小型或分布式儲能項目，但效率低、成本高，需結(jié)合高精度透平設(shè)備優(yōu)化設(shè)計。復(fù)合材料儲氣適配水下儲能等特殊場景，安裝便捷，但長期可靠性待驗證，適合技術(shù)示范與局部試點。
選擇合適的儲氣方式需要綜合考慮地理位置、地質(zhì)條件、經(jīng)濟性和技術(shù)可行性等因素。為推動壓縮空氣儲能技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展鹽穴儲氣與廢棄油氣藏儲氣，充分利用我國豐富的鹽礦與枯竭油氣田資源，從而有效降低儲氣成本。針對無鹽層地區(qū)，需積極推動人工硐室儲氣與金屬材料儲氣技術(shù)的發(fā)展，以滿足分布式儲能的需求。同時，應(yīng)加強技術(shù)創(chuàng)新，探索復(fù)合材料儲氣與含水層儲氣的工程化應(yīng)用，著力突破泄漏監(jiān)測與材料耐久性等技術(shù)瓶頸，為壓縮空氣儲能技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供堅實的技術(shù)支撐。
3 壓縮空氣儲能多維度應(yīng)用與發(fā)展?jié)摿Ψ治?/strong>
3.1 電源側(cè)：可再生能源規(guī)?；⒕W(wǎng)的支撐者
隨著我國能源轉(zhuǎn)型的加速推進，可再生能源在電力系統(tǒng)中的占比不斷提升。然而，風(fēng)能和太陽能資源主要集中在西北地區(qū)，而當(dāng)?shù)氐碾娔芟{能力有限，導(dǎo)致棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象時有發(fā)生。為解決這一問題，配備相應(yīng)比例的儲能系統(tǒng)是解決風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問題的有效途徑。儲能系統(tǒng)能夠在電網(wǎng)無法消納風(fēng)電和光伏發(fā)電時，將原本會被棄掉的電能儲存起來，有效避免棄風(fēng)、棄光，從而提高新能源的消納水平。通過儲能裝置及其配套設(shè)備，并輔以有效的協(xié)調(diào)控制手段，可以打造新能源基地，確保并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
近年來，新能源配套儲能政策推動了電源側(cè)儲能發(fā)展[48]，多個省份明確新能源配儲要求，配儲比例普遍提升至10%-30%，時長多為2-4小時。共享儲能模式在2023年興起[49]，寧夏、內(nèi)蒙古已建成多個百兆瓦級共享儲能電站，推動了風(fēng)光儲一體化發(fā)展。然而，近期國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于深化新能源上網(wǎng)電價市場化改革促進新能源高質(zhì)量發(fā)展的通知》提出，不得向新能源不合理分攤費用，不得將配置儲能作為新建新能源項目核準(zhǔn)、并網(wǎng)、上網(wǎng)等的前置條件[50]。在這樣的政策背景下，新能源項目的推進更加注重合理性和市場規(guī)律。各地在發(fā)展新能源時，將更加注重通過技術(shù)創(chuàng)新和市場機制來提升新能源項目的競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。同時，國家鼓勵通過合理的政策引導(dǎo)和市場機制，促進新能源項目的高質(zhì)量發(fā)展，推動能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。
在技術(shù)層面，大規(guī)模壓縮空氣儲能（CAES）項目加速落地。2022年，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目（60MW/300MWh）正式投運，效率達62%[26]；青海格爾木液態(tài)空氣儲能項目（60MW/600MWh）進入調(diào)試階段，設(shè)計效率為75%-85%，成為全球最大液態(tài)空氣儲能工程。同時，高溫儲熱技術(shù)也取得突破，有團隊研發(fā)的新型熔融鹽儲熱材料耐溫性能>600℃[51]，將其應(yīng)用于先進絕熱壓縮空氣儲能（AA CAES）系統(tǒng)，可大幅提高系統(tǒng)效率，降低熱損失。
為優(yōu)化經(jīng)濟性，一方面可推動鹽穴儲氣標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)，利用廢棄油氣藏或礦井降低儲氣成本；另一方面，政策補貼支持也至關(guān)重要。近年來，國家在儲能領(lǐng)域不斷完善相關(guān)政策機制，通過容量補償機制等多種方式支持新型儲能技術(shù)的發(fā)展。例如，2024年國家發(fā)展改革委和國家能源局印發(fā)的《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專項行動實施方案（2025—2027年）》強調(diào)了優(yōu)化電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和儲能設(shè)施建設(shè)的重要性[52]。此外，部分地區(qū)也在探索通過市場機制和政策引導(dǎo)，推動儲能項目的經(jīng)濟性提升。
3.2 電網(wǎng)側(cè)：電力系統(tǒng)靈活性與安全的賦能者
在新型電力系統(tǒng)建設(shè)的背景下，高比例新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來了巨大挑戰(zhàn)。2023年我國風(fēng)光裝機占比已超30%，電網(wǎng)頻率波動加劇，亟需快速響應(yīng)儲能技術(shù)。壓縮空氣儲能憑借其秒級調(diào)頻能力（響應(yīng)速度<500ms），成為替代燃機調(diào)頻的主力技術(shù)之一。此外，南方電網(wǎng)在廣東開展了多項黑啟動技術(shù)試點，驗證了在極端天氣下電網(wǎng)快速恢復(fù)供電的能力，有力支撐了極端天氣下的電網(wǎng)韌性。
技術(shù)升級與場景拓展也在不斷推進。國家電網(wǎng)公司積極探索多種儲能技術(shù)的融合應(yīng)用，推動儲能技術(shù)與電力系統(tǒng)的深度結(jié)合。例如，國家電網(wǎng)在多個地區(qū)開展了電化學(xué)儲能電站的示范項目，通過優(yōu)化儲能選型與配置方法，滿足電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻等需求。同時，火電退役改造也成為新的發(fā)展方向，在現(xiàn)有火電機組的基礎(chǔ)上，通過耦合可再生能源發(fā)電和儲能裝置進行改造，開發(fā)新型發(fā)電系統(tǒng)，不僅可以在一定程度上降低碳排放量，還能提升可再生能源的消納能力，并顯著提高火電機組的靈活性[53]。
在市場機制方面，《電力輔助服務(wù)管理辦法》明確CAES可參與調(diào)頻、調(diào)峰、備用等市場交易，還完善了補償方式與分攤機制，按照“誰提供、誰獲利；誰受益、誰承擔(dān)”的原則，確定補償標(biāo)準(zhǔn)和分攤機制[54]。此外，容量租賃機制也在逐步完善。2023年8月，江蘇省發(fā)改委印發(fā)《新型儲能項目高質(zhì)量發(fā)展的若干措施（征求意見稿）》，提出建立獨立新型儲能項目的容量租賃市場。新能源企業(yè)可通過租賃或購買獨立儲能項目容量的方式落實配建儲能要求，相關(guān)價格和費用由各投資主體自主協(xié)商確定[55]。
3.3 用戶側(cè)：分布式能源與需求響應(yīng)的協(xié)同者
用戶側(cè)作為電能“發(fā)—輸—配—變—用”的最后一個環(huán)節(jié)，直接消耗電能以服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展。其儲能需求主要來自降低用電成本和提高用戶側(cè)電能可靠性等方面。近年來，國家電網(wǎng)在浙江、江蘇等地推廣虛擬電廠（VPP）平臺，聚合用戶側(cè)儲能資源（如工業(yè)園區(qū)儲能系統(tǒng)），參與需求響應(yīng)，通過峰谷電價差套利和需求響應(yīng)激勵，顯著降低用戶用電成本。此外，冷熱電聯(lián)供（CCHP）也成為用戶側(cè)儲能的重要應(yīng)用場景。上海臨港國際文化產(chǎn)業(yè)園投運了基于燃氣發(fā)電的CCHP能源站，綜合能源利用率超88%，具備良好的燃料靈活性和高效性能[56]。
技術(shù)與商業(yè)模式創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)。華為推出智能組串式儲能系統(tǒng)，支持即插即用，適配數(shù)據(jù)中心、5G基站等場景。用戶側(cè)CAES還可通過分時電價（如廣東峰谷價差達0.8元/kWh）與綠電交易（溢價0.05-0.1元/kWh）疊加收益，投資回收期縮短至6-8年。政策與標(biāo)準(zhǔn)支持也在不斷完善。2023年北京、深圳等地對用戶側(cè)儲能按500-800元/kW給予一次性補貼，并減免容量電費。此外，國家能源局發(fā)布的相關(guān)技術(shù)規(guī)范明確了多能互補系統(tǒng)的協(xié)同運行要求，為用戶側(cè)儲能的發(fā)展提供了有力的政策保障。
4 壓縮空氣儲能技術(shù)挑戰(zhàn)與瓶頸分析
4.1 效率與成本問題
壓縮空氣儲能（CAES）在實際應(yīng)用中面臨效率和成本的雙重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)CAES系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率通常在40%-50%之間，而先進的絕熱壓縮空氣儲能（AA-CAES）系統(tǒng)雖有所提升，但仍需進一步優(yōu)化熱管理系統(tǒng)和絕熱材料以降低成本。CAES系統(tǒng)的建設(shè)成本較高，主要包括壓縮機、膨脹機、儲氣裝置和熱交換設(shè)備等關(guān)鍵部件的費用，以及土建和安裝費用。運行維護成本也不容忽視，包括設(shè)備檢修、部件更換和系統(tǒng)監(jiān)控等。這些因素限制了CAES技術(shù)的市場競爭力，尤其是在與其他儲能技術(shù)（如鋰離子電池儲能）競爭時。
為提高效率和降低成本，需從多個方面進行技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化。一方面，通過改進壓縮和膨脹過程的熱力學(xué)效率，開發(fā)高效的熱回收和熱管理技術(shù)[57]；另一方面，優(yōu)化儲氣裝置的設(shè)計和材料選擇，降低儲氣成本[58]。此外，政策支持和市場機制的完善對CAES技術(shù)的推廣具有重要意義，例如通過補貼政策降低建設(shè)成本，通過合理的電價機制提高經(jīng)濟性。
4.2 環(huán)境影響與生態(tài)風(fēng)險
CAES系統(tǒng)的建設(shè)和運行可能對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。項目建設(shè)需要占用土地，尤其是地面儲氣罐和地下空間儲氣設(shè)施的建設(shè)，可能導(dǎo)致土地資源占用和生態(tài)系統(tǒng)破壞。儲氣設(shè)施的建設(shè)還可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，如地面沉降和地震活動[59]。運行過程中，CAES系統(tǒng)的壓縮和膨脹過程會產(chǎn)生噪聲污染，熱排放可能影響局部環(huán)境溫度，使用的化學(xué)物質(zhì)（如冷卻液和潤滑劑）若處理不當(dāng)，可能對土壤和水體造成污染。
為降低環(huán)境和生態(tài)影響，需在項目規(guī)劃和建設(shè)階段充分考慮環(huán)境因素，進行科學(xué)選址和設(shè)計。例如，優(yōu)先選擇鹽穴、廢棄油氣田等已有地質(zhì)空間作為儲氣設(shè)施，減少土地占用和生態(tài)破壞[41]。同時，采用先進的隔音技術(shù)和熱管理技術(shù)，降低噪聲和熱排放對環(huán)境的影響，并加強對運行過程中化學(xué)物質(zhì)的管理，確保其安全處理和排放。
4.3 市場化收益模式不足
CAES技術(shù)的市場化應(yīng)用受到收益模式不足的限制。目前，CAES系統(tǒng)的收益主要依賴于電力市場的輔助服務(wù)和容量租賃等有限模式。例如，山東模式下的容量租賃通過向新能源企業(yè)收取固定容量費獲取收益，但其收益水平和穩(wěn)定性受政策調(diào)整和市場需求影響較大[60,61]。此外，參與電力現(xiàn)貨市場的現(xiàn)貨套利也是潛在收益來源之一，但電力現(xiàn)貨市場的價格波動較大，增加了CAES系統(tǒng)參與市場的風(fēng)險。
為提高CAES系統(tǒng)的市場化收益能力，需進一步完善商業(yè)模式和市場化路徑。一方面，通過政策支持和市場機制創(chuàng)新，拓展CAES系統(tǒng)的收益渠道，例如完善電力輔助服務(wù)市場，提高CAES系統(tǒng)在調(diào)頻、調(diào)峰、備用等服務(wù)中的補償標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，推動CAES系統(tǒng)與新能源發(fā)電、分布式能源等的協(xié)同發(fā)展，形成多元化的收益模式，例如通過構(gòu)建虛擬電廠（VPP）平臺，整合CAES系統(tǒng)與其他分布式能源資源，參與綜合能源服務(wù)市場[62]。
同時，面對政策波動和技術(shù)迭代等風(fēng)險，CAES系統(tǒng)的運營企業(yè)需靈活調(diào)整戰(zhàn)略。例如，關(guān)注政策動態(tài)，及時調(diào)整儲能系統(tǒng)的配置和運營模式，以適應(yīng)政策變化。此外，隨著儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，CAES系統(tǒng)需通過技術(shù)創(chuàng)新和成本優(yōu)化，提升自身競爭力，確保在市場中的可持續(xù)發(fā)展。
5 未來展望
壓縮空氣儲能（CAES）技術(shù)作為支撐可再生能源并網(wǎng)消納和新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要手段，具有廣闊的發(fā)展前景。然而，要實現(xiàn)其大規(guī)模應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展，仍需在技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)模式、生態(tài)協(xié)同和國際合作等方面持續(xù)發(fā)力。以下是未來發(fā)展的主要方向和建議：
（1）技術(shù)創(chuàng)新路徑：未來，壓縮空氣儲能（CAES）技術(shù)將聚焦于高效核心設(shè)備的研發(fā)，如壓縮/膨脹一體化機組和高溫儲熱材料的國產(chǎn)化，以提升系統(tǒng)效率并降低成本。同時，智能化調(diào)度系統(tǒng)的引入將優(yōu)化儲能系統(tǒng)的充放電策略，提高運行靈活性和經(jīng)濟性。此外，等溫壓縮技術(shù)的小型化、液化空氣儲能（LAES）和超臨界壓縮空氣儲能（SC-CAES）的示范應(yīng)用，以及CAES與其他儲能技術(shù)的融合，將成為技術(shù)創(chuàng)新的重要方向，助力CAES技術(shù)在多元儲能體系中發(fā)揮更大作用。
（2）模式與機制優(yōu)化：在商業(yè)模式和市場機制方面，虛擬電廠（VPP）平臺將成為整合CAES資源的關(guān)鍵工具，通過多場景儲能資源的協(xié)同優(yōu)化，提升整體利用效率和收益水平。共享儲能模式和容量租賃機制的完善將進一步拓展CAES的收益渠道，而將儲能容量納入綠電交易體系和探索“儲能容量銀行”機制，將為CAES的市場化發(fā)展提供新的機遇。同時，政策支持和市場機制的完善，如補貼政策和電價機制的優(yōu)化，將為CAES技術(shù)的商業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展提供有力保障。
（3）生態(tài)協(xié)同與國際合作：生態(tài)協(xié)同方面，制定CAES技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與安全規(guī)范，推動行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，確保技術(shù)的可靠性和安全性。同時，CAES技術(shù)將與氫儲能、電化學(xué)儲能等多技術(shù)融合，構(gòu)建低碳、高效的能源存儲體系，并加強與能源互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)的協(xié)同創(chuàng)新，提升能源系統(tǒng)的整體靈活性和穩(wěn)定性。國際合作方面，對接國際能源署（IEA）儲能聯(lián)盟，推動技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)互認，加強與發(fā)達國家的技術(shù)交流與合作，引進先進技術(shù)和經(jīng)驗，提升我國CAES技術(shù)的國際競爭力。
