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在英語俚語中，人們常用“Catch lighting in a bottle”（把閃電裝進瓶子里），用以形容挑戰(zhàn)性極高、生活中難以出現(xiàn)的景象。不過早在1752年，美國物理學家本杰明·富蘭克林早已在費城風箏實驗中完成了這一壯舉。

近三個世紀過去，“把電留住”依然是人類孜孜以求的重要技術方向。如今，“Catch lighting in a bottle”已不再是一個遙不可及的挑戰(zhàn)，人們給了它一個新的名字——儲能。

但今天的儲能系統(tǒng)，早已不局限于簡陋的“萊頓瓶”，我們已經(jīng)可以將暫時無法消納的電能，轉化為內能、熱能、動能、化學能、重力勢能等。光大證券等機構均認為，國內儲能市場空間將達到萬億元級別。

為什么儲能這么“值錢”？

新能源很重要，但儲能是個問題

能源基礎設施是能源行業(yè)發(fā)展的關鍵，而新能源當?shù)赖?ldquo;綠色世界”，沒有誰能割舍掉儲能。

馬斯克在他的宏圖計劃第三篇章（Master Plan 3）中，把“光能、純電、熱泵、氫能”等技術組合起來，實現(xiàn)人類“能源自由”，在他的美好愿景中，儲能是進行“能源分配”的核心樞紐。

傳統(tǒng)能源技術條件下，電廠發(fā)電實行的是“計劃經(jīng)濟”，調度機構分配多少電，發(fā)電廠就發(fā)多少電，“發(fā)電”和“用電”的行為同時完成的。但風光電等新能源不像火電一樣，能夠持續(xù)、穩(wěn)定地發(fā)電，往往是風季和晴天發(fā)電量多，雨季和晚上幾乎不發(fā)電。

而儲能可以解決連續(xù)供電和間斷用電之間，供需錯配的情況。此外，通過儲能手段還可以平滑用電需求、削峰填谷，節(jié)省需求端的用電成本，更關鍵的，對于具有間歇性和波動性的風光電等新能源來說，儲能是并網(wǎng)的必要條件。

新能源不能沒有儲能，就好比電動車不能沒有充電樁。

早在2015年，國家發(fā)改委印發(fā)的《電動汽車充電基礎設施發(fā)展指南（2015-2020年）》中便引入了“車樁比”的概念，要求到2020年，我國新能源汽車的車樁比要達到接近1:1的水平。但這一目標截至2021年底也仍未實現(xiàn)，充電基礎設施的不足是制約新能源汽車發(fā)展的主要瓶頸之一。

如今，同樣的問題出現(xiàn)在了新能源發(fā)電領域。

從增量上看，國家能源局數(shù)據(jù)顯示，2022年，全國風電、光伏發(fā)電新增裝機突破1.2億千瓦，創(chuàng)下歷史新高。但同年，我國新增儲能裝機規(guī)模16.1GW（約合0.161億千瓦），同比增長109.1%，但這仍未到達新建新能源項目配建15%儲能規(guī)模的原則標準。

從存量上看，在在內蒙古、新疆等風光電資源豐富的地區(qū)，棄風、棄光率居高不下，造成了大量能源和資源浪費。

一方面大量電力無法消納，另一方面風光電還在加緊建設。

4月12日，國家能源局發(fā)布《2023年能源工作指導意見》，文件提出了2023年全年風電、光伏發(fā)電裝機新增1.6億千瓦左右的規(guī)模目標，風光電規(guī)劃裝機容量再創(chuàng)新高。

以北京市周邊風光電資源相對豐富的張家口市張北縣為例，截至2022年底，張北可再生能源總裝機規(guī)模809萬千瓦，但儲能規(guī)模僅13萬千瓦，儲能規(guī)模占比只有1.6%。

為新能源電站配備合適的儲能基礎設施刻不容緩。

今年3月21日，國家發(fā)展改革委、國家能源局正式印發(fā)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，指出要開展不同技術路線分類試點示范、推動多時間尺度新型儲能技術試點示范等，并明確到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)模化發(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應用條件。

一個月后，國家能源局綜合司就《關于加強新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導意見（征求意見稿）》公開征求意見，在科學安排儲能建設方面提出，要按需建設儲能、有序建設抽水蓄能、積極推進新型儲能建設等要求。

不難看出，在新能源蓬勃發(fā)展的當下，儲能的重要性已然水漲船高。可儲能手段千千萬，“怎么儲”是個問題。

要儲能，更要壓縮空氣儲能

從定義上講，儲能就是通過介質或設備把能量存儲起來，在需要時再釋放的過程。根據(jù)能量儲存的形式，我們可以把儲能分為機械儲能、化學儲能、電化學儲能、電磁儲能和熱儲能5大類，這5類儲能方式下又細分了各種具體手段。

在前述政策文件中，“新型儲能”的概念被多次提及。什么是新型儲能？簡單來說，除了抽水儲能外，前述所有儲能方式均屬于新型儲能技術。

與抽水儲能相比，新型儲能對選址要求更低、建設周期更快，能夠短期內快速增加儲能規(guī)模，以應對目前的儲能短板。這也是為什么我們如此需要大力建設新型儲能系統(tǒng)。

但是諸多新型儲能手段，其適用的細分場景也有所不同。

飛輪儲能、超導及超級電容等屬于短時高頻儲能，它能夠快速響應，實現(xiàn)調頻等功能；而中長時的電化學儲能和超長時的壓縮空氣儲能，則在儲能系統(tǒng)中發(fā)揮著不同的功能。

據(jù)媒體統(tǒng)計，“十四五”期間我國30省/市風光裝機規(guī)劃目標達874.037GW，而小容量的儲能手段難以滿足可再生能源大規(guī)模發(fā)展的需求。因此，有研究指出“大規(guī)模的電力儲能技術將會成為電力行業(yè)重點關注的技術之一”。

“十四五”期間，我國30省/市風光裝機規(guī)劃目標達874.037GW，全國可再生能源發(fā)電增量在全社會用電增量中的占比將超過50%，小規(guī)模、小容量的儲能手段難以滿足可再生能源大規(guī)模發(fā)展的需求，這更需要大力發(fā)展以壓縮空氣儲能為代表的大規(guī)模、長時儲能技術，以增強電力系統(tǒng)的調節(jié)能力。

中國科學院院士、南方科技大學碳中和能源研究院院長趙天壽也曾公開表示，發(fā)展長時大規(guī)模儲能技術是提高風光能源占比的必然要求。

這一趨勢從新型儲能裝機量中可見一斑——《中國新型儲能發(fā)展報告2023》提到，雖然在已投產(chǎn)的新型儲能裝機中，鋰離子電池儲能仍占主導地位，占比約94.5%。不過自2022年起，壓縮空氣儲能、液流電池儲能兩種長時儲能手段發(fā)展提速，在當年新增裝機的占比分別達到3.4%、2.3%。

壓縮空氣空氣儲能究竟是如何實現(xiàn)的呢？

簡單來說，這是一種用電能驅動電動機帶動壓縮機，將空氣壓縮后密封在報廢礦井、洞穴或專門的儲氣罐、儲氣井中，在電網(wǎng)負荷高峰期釋放壓縮空氣推動透平膨脹機做功，驅動發(fā)電機發(fā)電，完成空氣壓力能到電能轉換的儲能方式。

壓縮空氣儲能除了能適應長時間、大規(guī)模儲能的需求外，還有如下幾點優(yōu)勢：

第一，壓縮空氣儲能技術成熟、安全性高，不存在爆炸和燃燒的風險；

第二，壓縮空氣儲能受建設條件影響小，在礦區(qū)可利用廢棄鹽穴、巖洞儲氣，非礦區(qū)則能通過氣罐及人造硐室來儲氣，擺脫環(huán)境限制；

第三，壓縮空氣儲能系統(tǒng)全部為機械設備，壽命長達30~50年，不會存在電化學儲能等容量、性能衰減的問題；

此外，壓縮空氣儲能單位成本和全壽命周期度電成本低，不消耗大量稀有資源。

既然壓縮空氣儲能有諸多優(yōu)勢，那為什么直到今天才大規(guī)模爆發(fā)呢？

壓縮空氣儲能，前景在哪？

關于壓縮空氣儲能的研究，可以追溯到1949年，德國工程師StalLaval提出了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術。到1978年，德國已建成世界*座傳統(tǒng)壓縮空氣儲能電站（Huntorf 電站）——這遠早于磷酸鐵鋰體系提出的1996年。

該技術遲遲未能大規(guī)模商業(yè)化，與彼時傳統(tǒng)壓縮空氣儲能的缺陷有關。

首先，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能依賴于化石燃料。

傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是來源于燃氣輪機的技術，在儲能時，被壓縮的空氣對外做功，一部分能量轉化為熱能散失，在釋能時，還要消耗化石能源燃燒加熱空氣提高空氣推力，驅動膨脹機做功，以提高電能的輸出效率，這一過程也被稱為“補燃”。一來二去，壓縮空氣儲能系統(tǒng)不僅沒有擺脫對化石燃料的依賴，綜合儲能效率也大打折扣，而Huntorf 電站采用的，正是補燃式壓縮空氣儲能技術。

隨著余熱回收技術的發(fā)展，如今我們已經(jīng)可以將儲能時空氣被壓縮過程產(chǎn)生的熱量回收起來，用于釋能發(fā)電時加熱空氣，新型壓縮空氣儲能技術應運而生。

新型壓縮空氣儲能又分為絕熱式、蓄熱式、等溫式、超臨界、液化、水下等多種技術路線，均不用補燃化石燃料。中儲國能用于儲存壓縮熱的材料價格低廉、換熱效果好，蓄熱效率可達98%以上，這樣我們利用壓縮熱給空氣預熱升溫的效果更好，就能擺脫對化石燃料的依賴了，系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的壓縮熱回收利用，系統(tǒng)效率會大幅提高。

目前，中儲國能的百兆瓦級壓縮空氣儲能技術的系統(tǒng)額定效率可達70%左右，并且還在進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能，減小系統(tǒng)損耗，向75%的理論上限逼近。

其次，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的轉化效率低。

壓縮空氣儲能是一個系統(tǒng)工程，各個環(huán)節(jié)都對于系統(tǒng)效率有影響，包括系統(tǒng)整體參數(shù)及各核心部件設計等。同時，單個設備效率高并不代表系統(tǒng)整體性能好，各子系統(tǒng)需要互相耦合，做整個系統(tǒng)的優(yōu)化設計。

傳統(tǒng)系統(tǒng)的核心設備大多不是為壓縮空氣儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)量身打造的，設備運行效率并不高。資料顯示，Huntorf電站的壓縮機源自燃氣輪機，其功率只有60兆瓦。其它行業(yè)使用的壓縮機、膨脹級等設備無法直接用于壓縮空氣儲能，因此需要另行研發(fā)新的核心設備來支持壓縮空氣儲能系統(tǒng)的整體運行，包括壓縮機、膨脹機、蓄熱器和換熱器等。這些都十分考驗公司的研發(fā)能力。

中儲國能是中國科學院工程熱物理研究所百兆瓦壓縮空氣儲能技術的產(chǎn)業(yè)化公司，其創(chuàng)始團隊自2004年便專注于壓縮空氣儲能技術領域，開展包括整體系統(tǒng)優(yōu)化設計、核心部件研發(fā)、控制系統(tǒng)設計及工程化、產(chǎn)業(yè)化工作。

目前，團隊已掌握壓縮空氣儲能全套自主知識產(chǎn)權，已授權專利300余項，不存在‘卡脖子’之虞。不僅如此，反而因中國的舉國體制和強大的工程優(yōu)勢，在研發(fā)及工程項目建設方面*于國外。

而中國科學院工程熱物理研究所技術團隊已分別在河北廊坊、貴州畢節(jié)、山東肥城、河北張家口建成了國際首座1.5MW、10MW和100MW國家示范電站（項目），肥城先進壓縮空氣儲能二期電站也于2022年底開工建設，該項目單機功率達300MW。

其它機構及團隊也在紛紛布局壓縮空氣儲能項目。在中性條件下，2025年我國壓縮空氣儲能裝市場空間將達到371.80億元，對應在2022年基礎上新增裝機6.59GW。

最后，壓縮空氣儲能還要依靠持續(xù)研發(fā)，降本增效。

隨著壓縮空氣儲能系統(tǒng)單機規(guī)模增加，系統(tǒng)效率有望進一步提高，逼近75%的理論極限效率。

目前大規(guī)模工業(yè)應用的儲氣方式主要有天然洞穴改造、人工硐室和儲氣罐三種方式。其中，不銹鋼的大量使用提高了儲能系統(tǒng)的整體造價。人工硐室可以進一步降低儲氣系統(tǒng)成本，具有更廣闊的應用前景。

當下，壓縮空氣儲能系統(tǒng)處于示范階段，核心設備為定制化小批量生產(chǎn)，中儲國能正在建設核心設備生產(chǎn)線，后續(xù)隨著核心設備大規(guī)模批量生產(chǎn)，可進一步降低設備成本。

能源革命的趨勢：新能源+儲能

7月19日電，中共中央、國務院發(fā)布關于促進民營經(jīng)濟發(fā)展壯大的意見，指出要加大可再生能源發(fā)電和儲能等領域投資力度，參與碳排放權、用能權交易。

我認為，新能源加上儲能，是能源革命的趨勢。我們原來的電力系統(tǒng)是剛性的，主要依靠火電的靈活性調節(jié)來實現(xiàn)發(fā)電端和需求端的動態(tài)平衡，但未來要構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，我們需要打造柔性化的智能電網(wǎng)，但我們如何體現(xiàn)電網(wǎng)的智能化和柔性化？

這就要靠儲能這個重要的調節(jié)手段，來提高電力系統(tǒng)的運行效率、經(jīng)濟性和可靠性，而壓縮空氣儲能是未來儲能領域不可缺少的一環(huán)。

無論短時高頻，還是中長時、長時低頻的儲能技術，都有其適用的場景。比如短時高頻儲能領域，飛輪、超導、超級電容等技術更有優(yōu)勢；中長時的電化學儲能，目前還是以鋰電池儲能為主，但未來鈉電池也很有前景；超長時儲能方面，壓縮空氣儲能、液流電池、氫儲能等也各有優(yōu)勢。它們未來很長一段時間內會并存，但每一個路線都會越來越聚焦，最后可能會有一兩個技術成為主流。

無論市場如何競爭、行業(yè)如何洗牌，好的技術路線和持續(xù)深耕技術的精神會帶領公司穿越周期。 

原標題：儲能很重要，但怎么儲是個問題