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壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)以其儲(chǔ)能容量大、壽命長(zhǎng)、效率高、安全可靠等特點(diǎn)被視為一種極具潛力的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，已引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。本文將對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)的典型示范性及商業(yè)化電站建設(shè)發(fā)展情況進(jìn)行梳理簡(jiǎn)介。

1、國(guó)外發(fā)展情況

目前，國(guó)外商業(yè)化運(yùn)行的大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站主要有德國(guó)Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站和美國(guó)Alabama州McIntosh壓縮空氣儲(chǔ)能電站。

德國(guó)Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站是全球首座投入商業(yè)運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，該項(xiàng)目在1978 年服役，目前仍在運(yùn)行中，也是當(dāng)前世界上最大容量的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。機(jī)組的壓縮機(jī)組功率為60MW，釋能輸出功率為290MW。系統(tǒng)將壓縮空氣存儲(chǔ)在地下600m的廢棄礦洞中，礦洞總?cè)莘e達(dá)31萬(wàn)m3，壓縮空氣的壓力最高可達(dá)10MPa。機(jī)組可連續(xù)充氣8h，連續(xù)發(fā)電2h。該電站平均啟動(dòng)可靠性97.6%。實(shí)際運(yùn)行效率約為42%。

Huntorf儲(chǔ)能電站流程示意圖如下圖所示。在投運(yùn)之初，該儲(chǔ)能電站主要充當(dāng)緊急備用電源角色，當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)其他電源出現(xiàn)故障時(shí)，向電網(wǎng)提供有功輸出支持，機(jī)組的平均啟動(dòng)可靠性為97. 6%，截止目前該儲(chǔ)能電站仍在運(yùn)營(yíng)。在1978 年首次投用時(shí)，儲(chǔ)能電站的壓縮機(jī)組就啟動(dòng)將近400 次，膨脹發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)也超過(guò)250 次；到1979 年，膨脹發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)達(dá)到了450 次左右。自1985 年之后，Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站所在的電網(wǎng)接入了大容量的抽水蓄能電站，電網(wǎng)減少了對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能電站的調(diào)用頻次。
1991年投入商業(yè)運(yùn)行的美國(guó)McIntosh壓縮空氣儲(chǔ)能電站（見下圖），在德國(guó)Huntorf儲(chǔ)能電站的基礎(chǔ)上增加了膨脹機(jī)排氣余熱再利用系統(tǒng)，通過(guò)在膨脹機(jī)排氣煙道上布置換熱器將膨脹機(jī)排氣攜帶熱量傳遞給儲(chǔ)氣洞穴釋放的壓縮空氣氣流，節(jié)省天然氣耗量，從而可以提高系統(tǒng)的熱效率。該儲(chǔ)能電站壓縮機(jī)組功率為50MW，發(fā)電功率為110MW。儲(chǔ)氣洞穴在地下450m，總?cè)莘e為56萬(wàn)m3，壓縮空氣儲(chǔ)氣壓力為7.5MPa。可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)41 h空氣壓縮和26 h發(fā)電，機(jī)組從啟動(dòng)到滿負(fù)荷約需9min。實(shí)際運(yùn)行效率約為54%。

除了以上商業(yè)化運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能電站外，多個(gè)國(guó)家開展了壓縮空氣儲(chǔ)能電站的示范工程建設(shè)。日本北海道空知郡在2001年建成了膨脹機(jī)輸出功率為2MW的壓縮空氣儲(chǔ)能示范工程，儲(chǔ)氣壓力為8MPa。位于英國(guó)曼徹斯特的5MW/15MWh 規(guī)模的液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目于2018年6月投入運(yùn)行，該項(xiàng)目利用電網(wǎng)過(guò)剩電能制備液態(tài)空氣，液態(tài)空氣在隔熱的真空儲(chǔ)罐內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存?zhèn)溆?，在電能釋放階段液態(tài)空氣經(jīng)過(guò)加壓后氣化，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)組輸出電能。加拿大能源商Hydrostor公司將南澳大利亞州的一處廢棄鋅礦洞穴改造為地下儲(chǔ)氣洞穴，依托此洞穴建設(shè)容量為5MW/10MWh的壓縮空氣儲(chǔ)能示范電站。

2、國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

國(guó)內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要包括中科院工程熱物理研究所、清華大學(xué)等。2013年，中科院工程熱物理所在河北廊坊建成了國(guó)際首套1.5 MW級(jí)非補(bǔ)燃超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)課題考核指標(biāo)要求，儲(chǔ)能系統(tǒng)效率約52%；后又于2017年在貴州畢節(jié)建成了10 MW 壓縮空氣儲(chǔ)能示范平臺(tái)，儲(chǔ)能容量為40 MWh，系統(tǒng)采用四級(jí)壓縮儲(chǔ)能和四級(jí)膨脹發(fā)電，儲(chǔ)氣壓力<10 MPa。該系統(tǒng)在額定工況下的效率達(dá)到60.2%。

在商業(yè)化道路上，山東肥城壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站項(xiàng)目于 2020年底開工建設(shè)，2021年9月23日一期10MW機(jī)組建成并網(wǎng)，是我國(guó)首座商業(yè)化運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站。該項(xiàng)目是山東省2020年重大項(xiàng)目，由葛洲壩中科儲(chǔ)能技術(shù)有限公司提供設(shè)備、技術(shù)并負(fù)責(zé)工程實(shí)施。電站地上部分占地20畝，地下部分利用“東采1-2-3-4”四口井建設(shè)1個(gè)總?cè)萘?0萬(wàn)立方米鹽穴腔體，可容載裝機(jī)200MW以上。該項(xiàng)目成功并網(wǎng)發(fā)電，是我國(guó)鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域的重要里程碑，對(duì)緩解新能源消納、助力國(guó)家雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

2021年9月30日，由中鹽集團(tuán)控股、華能和清華大學(xué)參股建設(shè)的江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目并網(wǎng)試驗(yàn)成功。該項(xiàng)目獲國(guó)家能源局立項(xiàng)，是壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域唯一國(guó)家示范項(xiàng)目，也是國(guó)家能源局和江蘇省重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，一期工程發(fā)電裝機(jī)60MW，儲(chǔ)能容量300MWh，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模1000MW。依托該項(xiàng)目，發(fā)布了我國(guó)首個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能電站KKS編碼標(biāo)準(zhǔn)，立項(xiàng)壓縮空氣儲(chǔ)能首個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、首個(gè)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及3個(gè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，逐漸形成中國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系，具有重要的示范價(jià)值。
正在建設(shè)的張家口百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，是國(guó)際首套100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，建設(shè)規(guī)模為100MW/400MWh，系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率70.4%。項(xiàng)目由中儲(chǔ)國(guó)能（北京）技術(shù)有限公司提供全套設(shè)備，技術(shù)來(lái)源為中科院工程熱物理所。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng)1套，220kV變電站1座，其余包括綜合樓、供暖熱站、道路、管線等配套設(shè)施等，目前各項(xiàng)工作進(jìn)展順利。

3、結(jié)束語(yǔ)

2021年7月，國(guó)家發(fā)改委、能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中提出，要實(shí)現(xiàn)壓縮空氣等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期。壓縮空氣儲(chǔ)能電站可對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷起到削峰填谷、調(diào)峰調(diào)頻作用，并可為電網(wǎng)提供電壓支持、備用電源、黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)，將在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高新能源消納能力等方面發(fā)揮重要作用，助力國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，其商業(yè)化發(fā)展已進(jìn)入快車道。

參考資料：
[1] Hui Meng. Design and Operation of CompressedAir Energy Storage (CAES) for Wind Power through Process Modelling andSimulation. The University of Sheffield, 2018.
[2] 郭祚剛，馬溪原，雷金勇，等. 壓縮空氣儲(chǔ)能示范進(jìn)展及商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景綜述. 南方能源建設(shè), 2019,6(3):17-26.
[3] 中國(guó)工業(yè)新聞網(wǎng).
[4] 中鹽金壇公司網(wǎng)站.

原標(biāo)題：壓縮空氣儲(chǔ)能電站的商業(yè)化進(jìn)程