壓縮空氣儲能的定位與發(fā)展

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國際能源研究中心江蘇能源行業(yè)協(xié)會“3060”歡迎廣告合作306030603060壓縮空氣儲能技術簡介壓縮空氣儲能（CompressedAirEnergyStorage，CAES）是一種大型物理儲能技術，在電網(wǎng)負荷低谷期間，通過壓縮機壓縮空氣，將高壓空氣存儲在儲氣庫中，同時，壓縮熱由儲熱介質(zhì)進行回收；在電網(wǎng)高負荷期間放出儲氣庫內(nèi)高壓氣體在空氣透平中膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機向電網(wǎng)輸送電能。壓縮空氣儲能技術路線有補燃式和非補燃式。國外早期的壓縮空氣儲能電站，如德國的Huntorf電站（1978年）、美國的Mclntosh電站（1991年），均采用補燃式技術路線：基于燃氣輪機技術開發(fā)，即將高壓空氣與天然氣在燃燒室內(nèi)燃燒，通過燃氣輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。與補燃式壓縮空氣儲能技術相比，非補燃式系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率比補燃式系統(tǒng)高10%～20%，且無污染、零碳排，更加符合節(jié)能、低碳、環(huán)保的時代要求。近年來，國內(nèi)中科院、清華大學、中國能源建設集團分別開發(fā)出不同容量等級、不同蓄熱形式的非補燃式壓縮空氣儲能技術路線，并且已實現(xiàn)60MW井井鹽穴壓縮空氣儲能國家示范項目商業(yè)運行，同時，全國有多個100MW～300MW裝機容量的壓縮空氣儲能電站在建項目[4-5]。我國在非補燃式壓縮空氣儲能領域的工程應用方面世界領先。因此，筆者認為我國應以發(fā)展非補燃式壓縮空氣儲能電站為主。圖1為非補燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)原理圖，非補燃式壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，由壓縮環(huán)節(jié)、換熱環(huán)節(jié)、儲熱環(huán)節(jié)、發(fā)電環(huán)節(jié)四個環(huán)節(jié)組成，主要設備包括壓縮機、級間換熱器、冷熱儲罐、儲氣裝置及空氣透平等。非補燃式壓縮空氣儲能技術具有以下特點：（1）選址靈活，可選擇多種的儲氣裝置：可選用天然或人工鹽穴、煤礦巷道、地下人工硐室、壓力容器或管線鋼陣列等，隨著建造成本降低，可以逐步擺脫地理條件限制。（2）儲能效率較高：運行效率高達60%～70%。（3）環(huán)境友好：無污染，零碳排。（4）單位成本較低：系統(tǒng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化后的成本約4000-6500元/kW或1000-1500元/kWh，同抽水蓄能系統(tǒng)單位成本基本相當，低于其他儲能技術。（5）系統(tǒng)壽命長：系統(tǒng)壽命為30-50年，其中間無需新增大規(guī)模投資。不同類型儲能技術對比綜合考慮技術成熟度、發(fā)展狀況以及后續(xù)規(guī)?；茝V潛力，抽水蓄能、壓縮空氣儲能及電化學儲能將是儲能產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。表1重點對比分析了壓縮空氣儲能、抽水蓄能、及鋰電池儲能的技術特點。

表1

主要儲能技術對比表壓縮空氣儲能抽水蓄能鋰電池儲能功率等級50-300MW100-2000MW1kW-100MW合適儲存期數(shù)分-數(shù)月數(shù)小時-數(shù)月數(shù)秒-數(shù)小時釋能時間1~24+小時1~24+小時數(shù)秒~數(shù)小時效率60-70%71-80%90-97%壽命（年）30-4040-605-15造價4500～8000元/kW或1200元/kWh6000～8000元/kW1400元/kWh運行特性啟動至滿負荷需10分鐘從靜止到滿載只需2-2.5min啟動時間毫秒級安全性安全性高存在爆破、高邊坡施工等高風險作業(yè)，整體安全形勢嚴峻過熱存在火災及爆炸風險環(huán)保性無污染排放，環(huán)境友好影響生態(tài)系統(tǒng)電池回收建設周期供貨周期10個月項目建設周期13個月左右以溧陽抽水蓄能電站為例，籌備期20個月，項目建設周期80個月供貨周期2個月，項目建設周期4個月成熟度設備需研發(fā)技術成熟，裝機規(guī)模最高應用業(yè)績多，成熟度高地理位置采用鹽穴儲氣時，廠址位置限制；采用人工造穴或儲氣罐時，廠址位置不受限選址受限選址無限制電化學儲能屬于能量型儲能，特點是快充快放（毫秒級響應），特別適合參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻過程，消除風、光出力的鋸齒狀波動，平滑功率曲線，提升電力品質(zhì)。同時也能短時彌補部分電力缺口。缺點是造價高、壽命短，存在消防、安全、環(huán)保方面的不利因素。抽水蓄能屬于功率型儲能，優(yōu)點是效率高、響應快，具有較大的轉(zhuǎn)動慣量。具備分鐘級響應和長時間放電的負荷響應特性，能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)備用、黑啟動等功能，對電網(wǎng)的功率、頻率平衡和穩(wěn)定運行具有重要作用，是理想的儲能形式。缺點是選址受場地條件制約、建設周期長。壓縮空氣儲能同樣屬于功率型儲能，抽水蓄能具有的功能和特點它同樣具備。在現(xiàn)有技術研發(fā)階段，系統(tǒng)效率略低于抽水蓄能，系統(tǒng)響應時間在十分鐘左右，略慢于抽水蓄能（當采用旋轉(zhuǎn)備用運行時，響應時間2～3分鐘）。優(yōu)點是受場地條件制約小，建設周期短，工程造價隨著規(guī)?；l(fā)展將低于抽蓄，具有良好的示范意義和推廣價值?！蛾P于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》中明確指出，“十四五”期間全國新型儲能裝機規(guī)模達到3000萬千瓦以上。預計遠期2060年，裝機規(guī)模將會超12億千瓦，儲能時長需求將超過10小時。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，既需要能量型儲能，也需要功率型儲能。壓縮空氣儲能將以其靈活的儲氣形式、快速的建設時間、平價的建設成本在未來將占據(jù)較大的市場空間，成為抽水蓄能電站的有益補充。應用場景

目前的政策和市場條件下，壓縮空氣儲能電站主要應用場景為電網(wǎng)側(cè)和新能源側(cè)儲能。（1）電力系統(tǒng)安全運行的穩(wěn)定器：在電網(wǎng)調(diào)峰壓力大，峰谷價差較大地區(qū)建設壓縮空氣儲能電站，憑借其提供調(diào)頻調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)備用、應急電源、黑啟動等功能，補充抽水蓄能電站提供電力輔助服務，接受電力系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，有效保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。（2）新能源接入電網(wǎng)的優(yōu)化器：在新能源資源富集地區(qū)布局壓縮空氣儲能電站，可優(yōu)化可再生能源外送曲線，有效規(guī)避以風光為主的新型電力系統(tǒng)存在的波動性和隨機性等突出問題，提高新能源場站的電網(wǎng)友好性，提升電網(wǎng)對可再生能源的消納能力。（3）特高壓綠電外送的適配器：與新能源+火電打捆送出相比，壓縮空氣儲能技術在提高特高壓電網(wǎng)輸送能力的同時，可減少對傳統(tǒng)火電的依賴，實現(xiàn)西部100%綠電外送，助力我國“西電東送”特高壓輸電通道建設。經(jīng)濟性分析從技術層面分析來看，單套300MW級壓縮空氣儲能電站成本目前約為6300元/kW，系統(tǒng)效率可達70%，項目總投資約18億元，未來可降至4500元/kW。