中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
摘 要 隨著全球能源結(jié)構(gòu)的深刻變革和“雙碳”目標(biāo)的提出，壓縮空氣儲(chǔ)能(compressed air energy storage, CAES)作為一種清潔、高效、大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)，成為促進(jìn)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。本工作通過近期相關(guān)論文的調(diào)研，系統(tǒng)回顧了CAES技術(shù)的發(fā)展背景、需求、歷程及建設(shè)現(xiàn)狀，詳細(xì)剖析了CAES技術(shù)的工作原理、技術(shù)分類及儲(chǔ)氣方式，綜述了其在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的多場景應(yīng)用，并探討了CAES技術(shù)的挑戰(zhàn)和瓶頸。分析表明，CAES技術(shù)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均發(fā)揮著重要作用，但在效率、成本、環(huán)境影響和市場化收益模式方面仍面臨挑戰(zhàn)，通過技術(shù)創(chuàng)新(如高效核心設(shè)備研發(fā)、智能化調(diào)度系統(tǒng)引入)、模式優(yōu)化(如虛擬電廠整合、共享儲(chǔ)能模式推廣)以及生態(tài)協(xié)同與國際合作(如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)交流融合)，CAES技術(shù)有望在未來能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更大作用。進(jìn)一步展望了CAES技術(shù)的未來發(fā)展方向，包括高溫儲(chǔ)熱材料的國產(chǎn)化、多技術(shù)融合、政策支持完善以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國際化，為CAES技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展和能源行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供參考，助力能源安全與“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞 壓縮空氣儲(chǔ)能；能源轉(zhuǎn)型；技術(shù)挑戰(zhàn)；多維度應(yīng)用；發(fā)展路徑
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(jī)遇。在這一背景下，儲(chǔ)能技術(shù)作為促進(jìn)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(chǔ)能(compressed air energy storage, CAES)技術(shù)因其清潔、高效、大規(guī)模的儲(chǔ)能特性，成為儲(chǔ)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(yùn)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(duì)促進(jìn)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(chǔ)存的電能壓縮空氣進(jìn)行能量儲(chǔ)存，然后在用電高峰時(shí)釋放能量發(fā)電，能夠有效地實(shí)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(yùn)行效率。
近年來，各國紛紛出臺(tái)政策支持儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，以推動(dòng)能源行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。在我國，隨著對(duì)可再生能源的重視和儲(chǔ)能需求的增長，CAES技術(shù)的研究與應(yīng)用正逐步展開。盡管在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，我國已經(jīng)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。CAES技術(shù)在推動(dòng)節(jié)能減排、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)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(shí)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)?；l(fā)展和能源行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供參考。
1 壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展概況
1.1 壓縮空氣儲(chǔ)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(huì)上提出“中國將秉持人類命運(yùn)共同體理念，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”，我國便開始了構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。近年來，國家密集出臺(tái)推動(dòng)新型儲(chǔ)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(jìn)相關(guān)儲(chǔ)能技術(shù)的研究探索、試點(diǎn)示范、商業(yè)化利用和規(guī)模應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有16個(gè)省份40個(gè)地區(qū)的地方政府出臺(tái)了儲(chǔ)能補(bǔ)貼政策，補(bǔ)貼方式主要有放電量補(bǔ)貼、容量補(bǔ)貼和投資補(bǔ)貼。新型儲(chǔ)能目前正處于初步商業(yè)化階段，以新能源體系推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)依舊是我國堅(jiān)定不移的發(fā)展道路。
根據(jù)全國新能源消納監(jiān)測(cè)預(yù)警中心的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖1所示，截至2024年6月，我國累計(jì)風(fēng)電棄用率3.9%、光電棄用率3%，在地區(qū)上表現(xiàn)出嚴(yán)重的不均衡性，部分省市風(fēng)電棄電率高達(dá)7.9%，光伏棄電率高達(dá)28.3%，新能源市場亟須儲(chǔ)能設(shè)施進(jìn)行調(diào)節(jié)。新型電力儲(chǔ)能主要包括電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能，相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1，綜合對(duì)比來看，電化學(xué)儲(chǔ)能在能量轉(zhuǎn)化率、響應(yīng)時(shí)間等方面優(yōu)勢(shì)較大，但其整體使用壽命短、成本較高；電磁儲(chǔ)能的效率較高，但其受經(jīng)濟(jì)性和可靠性的限制，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化建設(shè)還很遙遠(yuǎn)；氫儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)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(chǔ)能類型，壓縮空氣儲(chǔ)能的使用壽命較長、單位成本較低、能量轉(zhuǎn)化率相對(duì)較高，并且還具有清潔、高效、占地小等優(yōu)勢(shì)，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。根據(jù)國家發(fā)展改革委的預(yù)測(cè)，2025年底新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到30GW以上，其中壓縮空氣儲(chǔ)能的裝機(jī)量占比將在30%左右。根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖2所示，目前壓縮空氣儲(chǔ)能在新型儲(chǔ)能的占比僅為1.1%，所以壓縮空氣儲(chǔ)能仍有較大的發(fā)展空間。
圖1 全國累計(jì)風(fēng)電及光電棄用率
表1 新型電力儲(chǔ)能技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)特點(diǎn)
圖2 新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模占比
1.2 壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展歷程及建設(shè)現(xiàn)狀
壓縮空氣儲(chǔ)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(shí)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，全球第一座商業(yè)運(yùn)營的鹽穴型壓縮空氣儲(chǔ)能電站Huntorf于1978年在德國建成并投入使用，該儲(chǔ)能電站是建立在區(qū)域鹽腔儲(chǔ)氣技術(shù)相對(duì)成熟、地質(zhì)資料充足的基礎(chǔ)上，采用天然氣補(bǔ)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(chǔ)熱技術(shù)、材料，無法實(shí)現(xiàn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能，美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)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?xì)獾南模?991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(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，圍繞系統(tǒng)效率提升，國外相繼開展了先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能、等溫壓縮空氣儲(chǔ)能、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能等系統(tǒng)的示范性工程。
國內(nèi)CAES技術(shù)的起步時(shí)間較晚，2004年起，中國科學(xué)院熱物所、清華大學(xué)、中國科學(xué)院物化所陸續(xù)致力于研究工業(yè)化大規(guī)模非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，并開展了相關(guān)試驗(yàn)示范項(xiàng)目。自2021年中鹽、華能、清華共同建設(shè)的金壇儲(chǔ)能電站投產(chǎn)后，我國壓縮空氣儲(chǔ)能逐步進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行階段。2013年，河北廊坊地區(qū)建成了國內(nèi)首套1.5 MW級(jí)別的超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能(SC-CAES)示范項(xiàng)目，系統(tǒng)效率達(dá)52.1%；2014年，安徽蕪湖建立了500 kW壓縮空氣儲(chǔ)能(AA-CAES)示范項(xiàng)目，成為國內(nèi)首套絕熱儲(chǔ)能系統(tǒng)，電效率41%，綜合能源利用率72%；2021年，中國科學(xué)院熱物所建設(shè)的肥城10 MW鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站正式并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著國際首個(gè)鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站正式進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行狀態(tài)；同年，貴州畢節(jié)10 MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)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(jìn)行儲(chǔ)氣的壓縮空氣儲(chǔ)能電站；2022年，中鹽、華能、清華聯(lián)合建設(shè)的金壇壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)(AA-CAES)國家示范項(xiàng)目，發(fā)電功率60 MW，系統(tǒng)效率58.2%；同年，中儲(chǔ)國能建設(shè)河北張家口100 MW壓縮空氣儲(chǔ)能(AA-CAES)電站，電轉(zhuǎn)換率為70.5%；2024年，湖北應(yīng)城300 MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能(AA-CAES)電站，提出“絕熱壓縮+寬溫蓄熱+地下儲(chǔ)氣庫”方案，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化；同年4月，中儲(chǔ)國能在山東肥城建設(shè)的300 MW/1800 MWh先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站并網(wǎng)發(fā)電，系統(tǒng)效率72%。目前，國內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能較為成熟，形成了以中國科學(xué)院工程熱物理研究所、清華大學(xué)、中能建、中國科學(xué)院物化所主導(dǎo)的AA-CAES、LAES、SC-CAES為代表的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)路線。
目前，國內(nèi)300 MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站已取得重大突破，裝機(jī)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(chǔ)能項(xiàng)目如表2所示，壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目呈現(xiàn)出兩大特點(diǎn)：一是項(xiàng)目開發(fā)大幅提速，新增項(xiàng)目數(shù)量顯著增加；二是裝機(jī)規(guī)模從kW向MW、百M(fèi)W級(jí)別快速發(fā)展。
表2 國內(nèi)外主要已建、在建壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目
2 壓縮空氣儲(chǔ)能工藝系統(tǒng)與技術(shù)路線
2.1 壓縮空氣儲(chǔ)能工作原理
壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)技術(shù)作為一種大規(guī)模物理儲(chǔ)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(chǔ)存在高壓狀態(tài)下，用電高峰期再將壓縮空氣膨脹做工進(jìn)行釋能，形成“電能-勢(shì)能-電能”的能量轉(zhuǎn)換過程。這一過程包括兩個(gè)主要階段，儲(chǔ)能階段和釋能階段，見圖3。
圖3 壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)原理
在儲(chǔ)能階段，對(duì)用電低谷、棄風(fēng)棄光等不易儲(chǔ)藏或間歇性強(qiáng)的電能，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)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(chǔ)熱系統(tǒng)，而壓縮空氣則被冷卻至接近環(huán)境溫度后儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣設(shè)施中。這一步驟將電能轉(zhuǎn)化為空氣的壓力勢(shì)能。
在釋能階段，高壓空氣從儲(chǔ)氣設(shè)施中釋放，并通過儲(chǔ)熱系統(tǒng)加熱至高溫高壓狀態(tài)，然后進(jìn)入透平膨脹機(jī)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將儲(chǔ)存的壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)換回電能，供應(yīng)電網(wǎng)。
整個(gè)儲(chǔ)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(fù)荷，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2.2 壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)分類及對(duì)比分析
壓縮空氣儲(chǔ)能主要技術(shù)分類及對(duì)比匯總表，如表3所示。從技術(shù)特點(diǎn)與效率來看，傳統(tǒng)補(bǔ)燃式CAES雖技術(shù)成熟，但高碳排放與低效率嚴(yán)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(xiàng)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(chǔ)熱路線可進(jìn)一步提升儲(chǔ)能密度，需重點(diǎn)突破材料與溫控技術(shù)。LAES與SC-CAES在儲(chǔ)能密度和效率潛力上具備優(yōu)勢(shì)(LAES設(shè)計(jì)效率達(dá)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(jìn)LAES的國產(chǎn)化應(yīng)用(如青海格爾木項(xiàng)目)，同時(shí)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(shí)際效率不足45%，短期內(nèi)難以落地。
表3 壓縮空氣儲(chǔ)能主要技術(shù)分類及對(duì)比匯總表
總體來看，我國對(duì)于壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)熱材料國產(chǎn)化與鹽穴儲(chǔ)氣技術(shù)推廣，支撐風(fēng)光基地配套儲(chǔ)能。中期階段需要推動(dòng)LAES與SC-CAES示范項(xiàng)目規(guī)?；档拖到y(tǒng)成本，布局城市電網(wǎng)與高密度儲(chǔ)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(bǔ)模式，構(gòu)建靈活、低碳的新型儲(chǔ)能體系。
2.3 壓縮空氣儲(chǔ)能主要儲(chǔ)氣方式
儲(chǔ)氣設(shè)施是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中儲(chǔ)存高壓空氣的關(guān)鍵部分，其設(shè)計(jì)和選擇對(duì)系統(tǒng)的效率、經(jīng)濟(jì)性和可靠性至關(guān)重要。理想的儲(chǔ)氣系統(tǒng)應(yīng)具有大容量、高密封性和良好的穩(wěn)定性。儲(chǔ)氣方式具有多種類型，通?？煞譃榈叵?、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(chǔ)氣方式示意如圖4所示。
圖4 不同儲(chǔ)氣方式示意圖
每種儲(chǔ)氣方式都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和適用場景，同時(shí)也面臨著各自的挑戰(zhàn)，不同儲(chǔ)氣方式特點(diǎn)分析如表4所示。鹽穴儲(chǔ)氣技術(shù)成熟且經(jīng)濟(jì)性高，是目前國內(nèi)外主流儲(chǔ)氣方式，但顯著依賴鹽礦資源的地理位置，適合鹽層豐富的地區(qū)。廢棄油氣藏儲(chǔ)氣具有成本效益和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，但需復(fù)雜地質(zhì)評(píng)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(chǔ)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(hù)成本較高，適合硬巖層分布廣泛的區(qū)域。含水層儲(chǔ)氣規(guī)模潛力大且分布廣，但泄漏風(fēng)險(xiǎn)與監(jiān)測(cè)難度限制了其推廣，需針對(duì)我國特殊地質(zhì)條件開展可行性驗(yàn)證。廢棄礦井巷道儲(chǔ)氣通過改造廢棄礦井實(shí)現(xiàn)資源再利用，儲(chǔ)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(chǔ)氣靈活性強(qiáng)，適合小型或分布式儲(chǔ)能項(xiàng)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(jì)。復(fù)合材料儲(chǔ)氣適配水下儲(chǔ)能等特殊場景，安裝便捷，但長期可靠性待驗(yàn)證，適合技術(shù)示范與局部試點(diǎn)。
表4 不同儲(chǔ)氣方式特點(diǎn)分析表
選擇合適的儲(chǔ)氣方式需要綜合考慮地理位置、地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性等因素。為推動(dòng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展鹽穴儲(chǔ)氣與廢棄油氣藏儲(chǔ)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(chǔ)氣成本。針對(duì)無鹽層地區(qū)，需積極推動(dòng)人工硐室儲(chǔ)氣與金屬材料儲(chǔ)氣技術(shù)的發(fā)展，以滿足分布式儲(chǔ)能的需求。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，探索復(fù)合材料儲(chǔ)氣與含水層儲(chǔ)氣的工程化應(yīng)用，著力突破泄漏監(jiān)測(cè)與材料耐久性等技術(shù)瓶頸，為壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。
3 壓縮空氣儲(chǔ)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(jìn)，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(shí)有發(fā)生。為解決這一問題，配備相應(yīng)比例的儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)能夠在電網(wǎng)無法消納風(fēng)電和光伏發(fā)電時(shí)，將原本會(huì)被棄掉的電能儲(chǔ)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(chǔ)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(yùn)行。
近年來，新能源配套儲(chǔ)能政策推動(dòng)了電源側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展，多個(gè)省份明確新能源配儲(chǔ)要求，配儲(chǔ)比例普遍提升至10%~30%，時(shí)長多為2~4 h。共享儲(chǔ)能模式在2023年興起，寧夏、內(nèi)蒙古已建成多個(gè)百兆瓦級(jí)共享儲(chǔ)能電站，推動(dòng)了風(fēng)光儲(chǔ)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(jià)市場化改革 促進(jìn)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?jǐn)傎M(fèi)用，不得將配置儲(chǔ)能作為新建新能源項(xiàng)目核準(zhǔn)、并網(wǎng)、上網(wǎng)等的前置條件。在這樣的政策背景下，新能源項(xiàng)目的推進(jìn)更加注重合理性和市場規(guī)律。各地在發(fā)展新能源時(shí)，將更加注重通過技術(shù)創(chuàng)新和市場機(jī)制來提升新能源項(xiàng)目的競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。同時(shí)，國家鼓勵(lì)通過合理的政策引導(dǎo)和市場機(jī)制，促進(jìn)新能源項(xiàng)目的高質(zhì)量發(fā)展，推動(dòng)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(chǔ)能(CAES)項(xiàng)目加速落地。2022年，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目(60 MW/300 MWh)正式投運(yùn)，效率達(dá)62%；青海格爾木液態(tài)空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目(60 MW/600 MWh)進(jìn)入調(diào)試階段，設(shè)計(jì)效率為75%~85%，成為全球最大液態(tài)空氣儲(chǔ)能工程。同時(shí)，高溫儲(chǔ)熱技術(shù)也取得突破，有團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型熔融鹽儲(chǔ)熱材料耐溫性能>600 ℃，將其應(yīng)用于先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)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(jì)性，一方面可推動(dòng)鹽穴儲(chǔ)氣標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)，利用廢棄油氣藏或礦井降低儲(chǔ)氣成本；另一方面，政策補(bǔ)貼支持也至關(guān)重要。近年來，國家在儲(chǔ)能領(lǐng)域不斷完善相關(guān)政策機(jī)制，通過容量補(bǔ)償機(jī)制等多種方式支持新型儲(chǔ)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(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案(2025—2027年)》強(qiáng)調(diào)了優(yōu)化電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)的重要性。此外，部分地區(qū)也在探索通過市場機(jī)制和政策引導(dǎo)，推動(dòng)儲(chǔ)能項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)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(jī)占比已超30%，電網(wǎng)頻率波動(dòng)加劇，亟須快速響應(yīng)儲(chǔ)能技術(shù)。壓縮空氣儲(chǔ)能憑借其秒級(jí)調(diào)頻能力(響應(yīng)速度<500 ms)，成為替代燃機(jī)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(xiàng)黑啟動(dòng)技術(shù)試點(diǎn)，驗(yàn)證了在極端天氣下電網(wǎng)快速恢復(fù)供電的能力，有力地支撐了極端天氣下的電網(wǎng)韌性。
技術(shù)升級(jí)與場景拓展也在不斷推進(jìn)。國家電網(wǎng)公司積極探索多種儲(chǔ)能技術(shù)的融合應(yīng)用，推動(dòng)儲(chǔ)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(gè)地區(qū)開展了電化學(xué)儲(chǔ)能電站的示范項(xiàng)目，通過優(yōu)化儲(chǔ)能選型與配置方法，滿足電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻等需求。同時(shí)，火電退役改造也成為新的發(fā)展方向，在現(xiàn)有火電機(jī)組的基礎(chǔ)上，通過耦合可再生能源發(fā)電和儲(chǔ)能裝置進(jìn)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(jī)組的靈活性。
在市場機(jī)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(bǔ)償方式與分?jǐn)倷C(jī)制，按照“誰提供、誰獲利；誰受益、誰承擔(dān)”的原則，確定補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)和分?jǐn)倷C(jī)制。此外，容量租賃機(jī)制也在逐步完善。2023年8月，江蘇省發(fā)展改革委印發(fā)《新型儲(chǔ)能項(xiàng)目高質(zhì)量發(fā)展的若干措施(征求意見稿)》，提出建立獨(dú)立新型儲(chǔ)能項(xiàng)目的容量租賃市場。新能源企業(yè)可通過租賃或購買獨(dú)立儲(chǔ)能項(xiàng)目容量的方式落實(shí)配建儲(chǔ)能要求，相關(guān)價(jià)格和費(fèi)用由各投資主體自主協(xié)商確定。
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(gè)環(huán)節(jié)，直接消耗電能以服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。其儲(chǔ)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(tái)，聚合用戶側(cè)儲(chǔ)能資源(如工業(yè)園區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng))，參與需求響應(yīng)，通過峰谷電價(jià)差套利和需求響應(yīng)激勵(lì)，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(chǔ)能的重要應(yīng)用場景。上海臨港國際文化產(chǎn)業(yè)園投運(yùn)了基于燃?xì)獍l(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。
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(chǔ)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(shí)電價(jià)(如廣東峰谷價(jià)差達(dá)0.8元/kWh)與綠電交易(溢價(jià)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(duì)用戶側(cè)儲(chǔ)能按500~800元/kW給予一次性補(bǔ)貼，并減免容量電費(fèi)。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(bǔ)系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行要求，為用戶側(cè)儲(chǔ)能的發(fā)展提供了有力的政策保障。
4 壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)能(CAES)在實(shí)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(jìn)的絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能(AA-CAES)系統(tǒng)雖有所提升，但仍需進(jìn)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(jī)、膨脹機(jī)、儲(chǔ)氣裝置和熱交換設(shè)備等關(guān)鍵部件的費(fèi)用，以及土建和安裝費(fèi)用。運(yùn)行維護(hù)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。上述因素制約了CAES技術(shù)的市場競爭力，使其在與其他主流儲(chǔ)能技術(shù)(如鋰離子電池儲(chǔ)能)競爭時(shí)處于相對(duì)劣勢(shì)地位。
為提高效率和降低成本，需從多個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化。一方面，通過改進(jìn)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)；另一方面，優(yōu)化儲(chǔ)氣裝置的設(shè)計(jì)和材料選擇，降低儲(chǔ)氣成本。此外，政策支持和市場機(jī)制的完善對(duì)CAES技術(shù)的推廣具有重要意義，例如通過補(bǔ)貼政策降低建設(shè)成本，通過合理的電價(jià)機(jī)制提高經(jīng)濟(jì)性。
4.2 環(huán)境影響與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)
CAES系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行可能對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。項(xiàng)目建設(shè)需要占用土地，尤其是地面儲(chǔ)氣罐和地下空間儲(chǔ)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(chǔ)氣設(shè)施的建設(shè)還可能存在引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，如地面沉降和地震活動(dòng)。運(yùn)行過程中，CAES系統(tǒng)的壓縮和膨脹過程會(huì)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(duì)土壤和水體造成污染。
為降低環(huán)境和生態(tài)影響，需在項(xiàng)目規(guī)劃和建設(shè)階段充分考慮環(huán)境因素，進(jìn)行科學(xué)選址和設(shè)計(jì)。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(chǔ)氣設(shè)施，減少土地占用和生態(tài)破壞。同時(shí)，采用先進(jìn)的隔音技術(shù)和熱管理技術(shù)，降低噪聲和熱排放對(duì)環(huán)境的影響，并加強(qiáng)對(duì)運(yùn)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(fèi)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。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(jià)格波動(dòng)較大，增加了CAES系統(tǒng)參與市場的風(fēng)險(xiǎn)。
為提高CAES系統(tǒng)的市場化收益能力，需進(jìn)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(jī)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(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，推動(dòng)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(tái)，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。
同時(shí)，面對(duì)政策波動(dòng)和技術(shù)迭代等風(fēng)險(xiǎn)，CAES系統(tǒng)的運(yùn)營企業(yè)需靈活調(diào)整戰(zhàn)略。例如，關(guān)注政策動(dòng)態(tài)，及時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置和運(yùn)營模式，以適應(yīng)政策變化。此外，隨著儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)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(chǔ)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(jī)組和高溫儲(chǔ)熱材料的國產(chǎn)化，以提升系統(tǒng)效率并降低成本。同時(shí)，智能化調(diào)度系統(tǒng)的引入將優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略，提高運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性。此外，等溫壓縮技術(shù)的小型化、液化空氣儲(chǔ)能(LAES)和超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能(SC-CAES)的示范應(yīng)用，以及CAES與其他儲(chǔ)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(chǔ)能體系中發(fā)揮更大作用。
（2）模式與機(jī)制優(yōu)化：在商業(yè)模式和市場機(jī)制方面，虛擬電廠(VPP)平臺(tái)將成為整合CAES資源的關(guān)鍵工具，通過多場景儲(chǔ)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(chǔ)能模式和容量租賃機(jī)制的完善將進(jìn)一步拓展CAES的收益渠道，而將儲(chǔ)能容量納入綠電交易體系和探索“儲(chǔ)能容量銀行”機(jī)制，將為CAES的市場化發(fā)展提供新的機(jī)遇。同時(shí)，政策支持和市場機(jī)制的完善，如補(bǔ)貼政策和電價(jià)機(jī)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(dòng)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(shí)，CAES技術(shù)將與氫儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能等多技術(shù)融合，構(gòu)建低碳、高效的能源存儲(chǔ)體系，并加強(qiáng)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(duì)接國際能源署(IEA)儲(chǔ)能聯(lián)盟，推動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)，加強(qiáng)與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)交流與合作，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提升我國CAES技術(shù)的國際競爭力。
