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压缩空气储能技术及发展趋势概述

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计熠霍玉龙王冲刘鑫

摘?要：介绍了压缩空气储能的基本原理，以是否需要补燃对其改进型的研究进展分别进行阐述，评价了不同系统的参数。简要概括水下压缩空气储能技术，罗列出近几年中国压缩空气储能研究进展的突破，同时针对各国对压缩空气储能系统的发展现状，提出了未来压缩空气储能技术发展方向。

关键词：压缩空气储能;研究进展;发展方向

中图分类号：TM77

Abstract：Thisarticlereviewsthebasicprinciplesofcompressedairenergystorage，andseparatelyelaboratestheresearchprogressofitsimprovedversionbasedonwhethersupplementarycombustionisrequired，andevaluatestheparametersofdifferentsystems.Brieflysummarizetheunderwatercompressedairenergystoragetechnology，andlistthebreakthroughsintheresearchprogressofChinascompressedairenergystorageinrecentyears.Inviewofthecurrentdevelopmentstatusofcompressedairenergystoragesystemsinvariouscountries，thedevelopmenttendencyofcompressedairenergystoragetechnologyisdiscussed.

Keywords：compressedairenergystorage;researchprogress;developmenttendency

引言

由于社会对电力需求的增大导致的高峰供电短缺，发展大规模储能技术成为了解决该问题的有效途径。目前常见的储能技术有电池储能、抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能等。其中抽水储能和压缩空气储可以作为大规模容量的商业化应用，但抽水储能限于地形约束，如在极寒、无丰富水源等地域无法使用，而压缩空气储能（CompressedAirEnergyStorage，CAES）系统不受地理因素的限制，并且电量成本和相应速度都与其相当。目前CAES技术成熟，运行寿命长，可循环上万次，是能与抽水蓄能相媲美的大规模储电技术。

国家能源局统计[1]，截至2020年底，我国可再生能源发电装机达到9.34亿千瓦，同比增长约17.5%，其中风电装机2.81亿千瓦、光伏发电装机2.53亿千瓦。但由于风电、光伏等可再生能源的间接性和不确定性，直接并网后必定会对电网造成波动，CAES系统可通过对断续能量的储存并稳定释放，改善电能品质，提升电网稳定性，同时为可再生能源应用于微能源电网等提供可行性。对于提高可再生能源利用，同时实现我国能源结构转型起到了巨大的推动作用。因此，CAES是最具潜力的储能技术之一，必将对未来的电力和能源系统产生重要作用。

为了深入地理解压缩空气储能技术，本文介绍了CAES系统的基本工作原理及技术特点，并以是否需要补燃进行分类，简要阐述了CAES性能优化方案，并且分析了水下CAES技术的优势与发展现状，最后基于CAES技术研究以及国内外发展现状的基础上，探讨了未来CAES技术的发展趋势。

1?CAES系统基本工作原理

CAES技术的提出基于燃气轮机原理，其二者都有压缩机、透平与工作所需的相同的工质，而CAES相比于燃氣轮机，在工作方式上，压缩机与透平错时工作，在用电低峰时，CAES将电能用于空气压缩，并且将空气储存在矿井、储气罐、盐岩洞等储气装置中，在用电高峰时释放压缩空气推动透平发电。主要过程可分为压缩空气、储存空气、释放能量。如图1。因此在部件组成上，CAES比燃气轮机多增加了储气装置。CAES的核心部件，压缩机组采用多级压缩，级间冷却的工作模式，并且根据不同CAES系统，对于压缩机除满足高压比、流量大外也有不同要求，这与燃气轮机中压缩机部件有很大不同。在效率方面，相同的燃料消耗CAES系统的输出功率较传统的燃气轮机可以高出2倍左右[2]。

目前德国Huntorf与美国McIntosh压缩空气储能电站相继投入使用，但其电-电转换效率仍不理想，CAES技术一方面正朝向控制系统研究与优化、核心部件的改良以提高系统效率，另一方面部分CAES技术