中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在地下千米的巖層深處，一座能夠儲(chǔ)存百萬度電能的“巨型充電寶”正在悄然改寫世界能源格局。當(dāng)16兆帕的高壓成功沖破技術(shù)壁壘，當(dāng)100兆瓦電力持續(xù)穩(wěn)定輸出4小時(shí)，中國在空氣儲(chǔ)能這一賽道上，以令全球矚目的“加速度”一路疾馳。從湖北應(yīng)城300兆瓦示范工程刷新世界紀(jì)錄，到蘭石重裝斬獲肥城項(xiàng)目9996萬元大單，短短數(shù)周內(nèi)，多項(xiàng)重磅成果接連涌現(xiàn)。而在這場(chǎng)意義非凡的能源革命背后，空氣儲(chǔ)能壓縮機(jī)作為核心“心臟”設(shè)備，正憑借100%國產(chǎn)化的突破性進(jìn)展，向世界揭秘中國在全球儲(chǔ)能競(jìng)賽中的制勝密碼。
化空氣為超級(jí)電池
空氣儲(chǔ)能的中國答卷
在內(nèi)蒙古蘇尼特左旗廣袤的草原之下，一組人工地下硐室正進(jìn)行著一場(chǎng)顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的能量游戲。在電網(wǎng)低谷時(shí)段，富余的電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)，將空氣壓縮至16兆帕的高壓并儲(chǔ)存起來；而當(dāng)用電高峰來臨，高壓空氣被釋放，推動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電，以100兆瓦的功率持續(xù)供電4小時(shí)。這種被形象地稱為“空氣變電池”的空氣儲(chǔ)能技術(shù)，其核心原理在于實(shí)現(xiàn)電能-壓縮能-電能的循環(huán)轉(zhuǎn)換。盡管在這一過程中存在多次能量轉(zhuǎn)換帶來的損耗，但它所具備的削峰填谷、應(yīng)急調(diào)峰等功能，對(duì)于構(gòu)建新型電力系統(tǒng)而言，有著遠(yuǎn)超能耗損失本身的重大價(jià)值。
《2025中國新型儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展白皮書》（以下簡稱《白皮書》）明確指出，空氣儲(chǔ)能被列為最具發(fā)展前景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。一個(gè)極具說服力的數(shù)據(jù)是，在今年全國新列入的14個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目中，空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目占比高達(dá)50%。這一數(shù)據(jù)的背后，彰顯的是中國對(duì)“雙碳”目標(biāo)的堅(jiān)定踐行。湖北應(yīng)城300兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站示范工程創(chuàng)造了單機(jī)功率、儲(chǔ)能規(guī)模、轉(zhuǎn)換效率三項(xiàng)世界紀(jì)錄，并且關(guān)鍵裝備實(shí)現(xiàn)了100%國產(chǎn)化；江蘇金壇60兆瓦級(jí)鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國家試驗(yàn)示范項(xiàng)目更是實(shí)現(xiàn)了非補(bǔ)燃技術(shù)的全球首秀，系統(tǒng)效率突破70%。當(dāng)全球還在為儲(chǔ)能技術(shù)路線爭(zhēng)論不休時(shí)，中國已經(jīng)用實(shí)實(shí)在在的項(xiàng)目實(shí)踐證明：空氣儲(chǔ)能正從實(shí)驗(yàn)室走向能源革命的主戰(zhàn)場(chǎng)。
在整個(gè)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，空氣儲(chǔ)能壓縮機(jī)堪稱“心臟”級(jí)的關(guān)鍵裝備。陜鼓集團(tuán)總工程師王勇曾形象地比喻：“如果把儲(chǔ)能系統(tǒng)比作人體，那么壓縮機(jī)就是將電能轉(zhuǎn)化為‘肌肉能量’的核心器官。”究其工作機(jī)理并不復(fù)雜：在電網(wǎng)用電低谷，利用多余的電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮并存儲(chǔ)；而在用電高峰時(shí)，釋放高壓空氣推動(dòng)發(fā)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電能在時(shí)間和空間上的靈活轉(zhuǎn)移。可以說，這種能量轉(zhuǎn)換過程的效率與可靠性，直接決定了整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。
與傳統(tǒng)電池儲(chǔ)能相比，空氣儲(chǔ)能具有三大天然優(yōu)勢(shì)。在規(guī)模方面，單站容量可達(dá)百兆瓦級(jí)，是鋰電池儲(chǔ)能電站的10倍以上；在壽命上，壓縮機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行30年，遠(yuǎn)超鋰電池5-8年的更換周期；從環(huán)保角度來看，其全生命周期實(shí)現(xiàn)零污染物排放，徹底解決了電池儲(chǔ)能面臨的重金屬污染難題。
企業(yè)發(fā)力技術(shù)創(chuàng)新
加快應(yīng)用落地
陜西鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司在空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域的探索，極具代表性。該公司總經(jīng)理王建軒在接受記者采訪時(shí)介紹，陜鼓基于能源互聯(lián)島技術(shù)，創(chuàng)新推出的新型能源互聯(lián)島系統(tǒng)方案EISS4.0，融入了先進(jìn)的空氣儲(chǔ)能技術(shù)。該方案在用電低谷時(shí)段，借助壓縮機(jī)將空氣壓縮存儲(chǔ)；用電高峰時(shí)，釋放壓縮空氣驅(qū)動(dòng)發(fā)電設(shè)備，不僅有效平衡了電力供需，還大幅提升了能源利用的穩(wěn)定性與可靠性。值得一提的是，這項(xiàng)技術(shù)還能夠與風(fēng)能、太陽能等不穩(wěn)定的清潔能源協(xié)同運(yùn)作，進(jìn)一步增強(qiáng)了能源供應(yīng)的韌性。
王建軒以鋼廠為例進(jìn)行了詳細(xì)說明：“以一年產(chǎn)能處于400萬噸-500萬噸區(qū)間的鋼廠來說，其每年的耗電量高達(dá)10億度左右，節(jié)能降耗已經(jīng)成為工業(yè)企業(yè)生存和長遠(yuǎn)發(fā)展的核心命題。同時(shí)，錯(cuò)峰用電作為一項(xiàng)重要舉措，受到國家電網(wǎng)的大力支持，這對(duì)于保障供給側(cè)的用電安全有著重要意義?！?/span>
實(shí)際應(yīng)用成果是對(duì)技術(shù)實(shí)力的最佳證明。在湖北應(yīng)城全球首臺(tái)（套）300兆瓦級(jí)空氣儲(chǔ)能示范電站項(xiàng)目中，陜鼓提供的核心壓縮機(jī)組發(fā)揮了關(guān)鍵作用，助力該項(xiàng)目一舉創(chuàng)造了三項(xiàng)世界紀(jì)錄，充分彰顯了陜鼓在空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域的雄厚技術(shù)實(shí)力。
記者還了解到，從類型與結(jié)構(gòu)來看，空氣儲(chǔ)能壓縮機(jī)呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。離心式壓縮機(jī)憑借大流量、中高壓的出色適配能力，成為當(dāng)下大型儲(chǔ)能項(xiàng)目的主流選擇，像江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目便采用了此類壓縮機(jī)。杰瑞石油天然氣工程有限公司離心機(jī)技術(shù)負(fù)責(zé)人楊樹茂表示，隨著天然氣管道朝著高壓力、大口徑、大流量的方向發(fā)展，離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。以今年新推出的管道搶修用的車載壓縮機(jī)為例，就具備諸多優(yōu)點(diǎn)。此外，在儲(chǔ)氣庫建設(shè)方面，國內(nèi)以往多是小規(guī)模分期建設(shè)，如今開始直接建設(shè)大型儲(chǔ)氣庫，類型也日益豐富，建設(shè)經(jīng)驗(yàn)也在不斷積累，目前最大的儲(chǔ)氣庫能存儲(chǔ)幾百億立方米天然氣。在儲(chǔ)氣庫建設(shè)中，離心壓縮機(jī)扮演著至關(guān)重要的角色，例如在歐洲、俄羅斯等國家和地區(qū)的大型儲(chǔ)氣庫中，使用離心機(jī)作為主設(shè)備效果良好。
國產(chǎn)力量崛起
從研發(fā)到實(shí)踐的全面突破
近年來，國內(nèi)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)在空氣儲(chǔ)能壓縮機(jī)技術(shù)研發(fā)與項(xiàng)目應(yīng)用方面成果豐碩。沈鼓集團(tuán)自2018年起針對(duì)儲(chǔ)能電站用離心壓縮機(jī)展開深入鉆研，成功攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題，并牽頭完成60兆瓦非補(bǔ)燃式空氣儲(chǔ)能電站壓縮機(jī)組的研制工作。該機(jī)組隨后應(yīng)用于江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國家試驗(yàn)示范項(xiàng)目，其運(yùn)行流程緊密貼合電網(wǎng)調(diào)峰需求，在低谷儲(chǔ)電、高峰發(fā)電過程中，沈鼓集團(tuán)設(shè)計(jì)的多軸離心壓縮機(jī)組系統(tǒng)，不僅滿足了高溫儲(chǔ)熱需求，還能應(yīng)對(duì)寬背壓調(diào)節(jié)難題，適用于頻繁啟停工況。此外，沈鼓集團(tuán)還開發(fā)出儲(chǔ)能系列模型機(jī)，優(yōu)化機(jī)組氣動(dòng)設(shè)計(jì)，研究抗疲勞與轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性計(jì)算方法，確保機(jī)組使用壽命。通過構(gòu)建智能仿真控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組全自動(dòng)控制，滿足特殊技術(shù)要求。該壓縮機(jī)關(guān)鍵技術(shù)已在多個(gè)項(xiàng)目中成功應(yīng)用，為我國能源轉(zhuǎn)型注入強(qiáng)大動(dòng)力。
中國科學(xué)院工程熱物理研究所同樣取得重大突破，其研發(fā)的位于河北張家口的百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目壓縮機(jī)，通過具有CNAS資質(zhì)的第三方測(cè)試。該壓縮機(jī)最高排氣壓力達(dá)100.333巴，變工況范圍為18%-118%，最高效率達(dá)87.5%，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。研究所歷經(jīng)多年努力，自主創(chuàng)新解決一系列設(shè)計(jì)與制造難題，突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多級(jí)寬負(fù)荷壓縮機(jī)，為我國空氣儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展樹立新的里程碑。
展望未來，空氣儲(chǔ)能壓縮機(jī)將朝著更高效率、更大功率密度、智能化控制、材料與制造創(chuàng)新以及成本降低與產(chǎn)業(yè)化的方向持續(xù)邁進(jìn)。
在效率提升上，非補(bǔ)燃技術(shù)成為主流發(fā)展趨勢(shì)，借助超臨界儲(chǔ)熱、熔鹽儲(chǔ)熱等前沿技術(shù)，進(jìn)一步提升壓縮熱回收效率，向系統(tǒng)效率80%的目標(biāo)發(fā)起沖擊。功率密度方面，單機(jī)功率將從目前的300兆瓦級(jí)邁向600兆瓦級(jí)，滿足百兆瓦級(jí)電站不斷增長的需求。智能化控制領(lǐng)域，集成AI算法與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)全生命周期健康管理與自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。材料與制造創(chuàng)新層面，3D打印技術(shù)將助力制造復(fù)雜流道葉輪，航空技術(shù)的引入將進(jìn)一步提升壓縮機(jī)性能。成本控制與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，隨著項(xiàng)目裝機(jī)量的快速增長，壓縮機(jī)單位成本有望下降20%-30%，國產(chǎn)化率的不斷提升也將進(jìn)一步降低成本，推動(dòng)技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
中科院工程熱物理研究所研究員陳海生指出，我國在新型空氣儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域已處于國際先進(jìn)水平，從技術(shù)研發(fā)到工程示范，均引領(lǐng)全球發(fā)展。他認(rèn)為，未來空氣儲(chǔ)能商業(yè)化將進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段，但目前系統(tǒng)效率、規(guī)模及成本仍有提升空間。
空氣儲(chǔ)能壓縮機(jī)作為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模物理儲(chǔ)能的核心裝備，其技術(shù)的每一次進(jìn)步都在推動(dòng)空氣儲(chǔ)能朝著高效化、低成本化、智能化的方向大步邁進(jìn)。在“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，以及新型電力系統(tǒng)建設(shè)的浪潮中，空氣儲(chǔ)能壓縮機(jī)將在電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源消納等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的重要作用，成為構(gòu)建零碳能源體系的堅(jiān)實(shí)支柱。
