盐穴中的超级充电宝：压缩空气储能技术

根据国家发展改革委、国家能源局近日联合印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》显示[1]，2021年底新型储能累计装机超过400万千瓦，其中化学储能、压缩空气储能等新型储能技术创新取得长足进步。

目前已有的储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、锂电池、液流电池等。其中压缩空气储能技术具有储能容量大、周期长、运行寿命长等特点，是具有广阔发展前景的大规模储能技术。本文从技术原理、技术特点、应用案例等方面，为读者介绍压缩空气储能技术。

技术原理

压缩空气储能（Compressed-Air Energy Storage, CAES）是基于燃气轮机技术开发的储能系统。如图1所示，燃气轮机工作过程中，空气经压缩机压缩至高压后，在燃烧室利用燃料燃烧升温，然后高温高压的气体驱动透平膨胀做功。可以简化为：压缩——加热——膨胀——冷却四个连续进行的过程。

图1 燃气轮机系统原理图

如图2所示，压缩机与透平机在压缩空气储能系统中不同时工作。在蓄能时，压缩空气储能系统利用电能将空气压缩并储存于储气室中。在系统释能时，从储气室释放高压空气，进入燃烧室利用燃料燃烧加热升温后，驱动透平发电[2]。

图2 压缩空气储能系统原理图

技术特点

表1  CAES技术特点[3]

为了提高CAES系统的效率，发展出了蓄热式及等温压缩CAES（不使用燃料）、液态空气储能（不使用大型储气洞穴）、超临界CAES和先进CAES（不使用大型储气洞穴、不使用燃料）等技术[4]。

案例介绍

德国汉特福（Huntorf）压缩空气储能电站是全球首座投入商业运行的压缩空气储能电站，该项目在1978年服役[5、6]。如图3所示，该系统的储气部分为两个总体积为310000m3的地下洞穴。该电站可连续储能12小时，输出电能3小时。压缩机功率为60MW，发电功率可达290MW。由于该系统将燃烧产生的高温废气直接排向大气，造成了热能的浪费，因此其效率为40%左右。美国McIntosh电站于1991年投产，增设了回热器用于从废气中回收热能，将系统效率提高至54%[7、8]。

图3 德国Huntorf储能电站[5]

图4 美国McIntosh电站[8]

近年来，我国开始CAES技术的研究和开发，并取得了重大的进展和突破。2021年，江苏金坛盐穴压缩空气储能国家试验示范项目并网试验成功[9]。该系统一期工程发电装机60兆瓦，储能容量300兆瓦时，远期建设规模1000兆瓦。是世界首个非补燃压缩空气储能电站该系统，可将电能转换效率提升至60%以上，全过程无燃烧、无排放。

图5 江苏金坛盐穴压缩空气储能电站（图片来源：中国电力报）