今年9月底，國際首套百兆瓦級別的先進壓縮空氣儲能國家示范項目在河北張家口順利并網(wǎng)發(fā)電，這座獨立儲能電站由中儲國能牽頭建設(shè)，技術(shù)來源自中國科學院工程熱物理研究所，也是國內(nèi)最早進行壓縮空氣技術(shù)研究的團隊。
【資料圖】
自2013年國內(nèi)第一套河北廊坊1.5MW儲能示范項目投運以來，壓縮空氣技術(shù)研究在裝機規(guī)模和控制成本上實現(xiàn)了不斷突破，逐步由示范邁向產(chǎn)業(yè)化初級階段。
（中儲國能官網(wǎng)）
如今，能源轉(zhuǎn)型建設(shè)如火如荼，儲能為可再生能源消納、匹配用電供需缺口、降低用電成本提供解決方案，作為儲存和釋放電能的大型充電寶，壓縮空氣儲能的項目今年陸續(xù)上馬，在建/規(guī)劃的項目已經(jīng)達到6GW。
長時儲能的另類方案
按照技術(shù)原理劃分，儲能技術(shù)類型可以分為物理儲能、電化學儲能、熱儲能和化學儲能幾大類。物理儲能將電能進行轉(zhuǎn)化為其他形式的能力，比如重力勢能、空氣壓力能等進行儲存，在釋放的時候又將這些能量以做功的形式重新轉(zhuǎn)化成電能輸送出去。
抽水蓄能和鋰離子電池是目前兩大主流的儲能方式。抽水蓄能建設(shè)成本較低，技術(shù)要求、運營經(jīng)驗以及價格機制上相對更加成熟，2021年累計投運的規(guī)模占儲能裝機規(guī)模的八成以上。與此同時，以鋰離子電池帶頭的電化學儲能開始爆發(fā)，鋰電池能夠?qū)崿F(xiàn)電能的快速充放，儲存較多的能量，能夠適應(yīng)需要快速響應(yīng)的儲能場景，21年新型儲能累計裝機規(guī)模達到了5.73GW，其中鋰離子電池的占比接近90%。
那為什么還需要空氣充電寶呢？
原因在于隨著新能源發(fā)電占比越來越高，需要消納的電量增長要求容量更大，儲能時間越久的基礎(chǔ)設(shè)施來承載，我們把時長超過4個小時以上的儲能技術(shù)稱作長時儲能，相較于短時儲能，長時儲能系統(tǒng)可以更好地實現(xiàn)用電供需的匹配。
應(yīng)對快速增長的電量消納需求以及不同場景的儲能要求，現(xiàn)有存量和儲存時長的制約不能只依賴兩種儲能技術(shù)來填補，況且這兩種都各自有著明顯的短板。抽水蓄能依賴水源和高度制造水勢差，因此對建設(shè)場地有著明確的要求，并且通常施工需要6-8年的建設(shè)周期，短時間內(nèi)無法快速上量；另外，應(yīng)對需求的增長，擴容難度較大。
鋰離子電池的最佳儲能時長通常在1-4小時，因為電池性能會隨著儲存時長增加而衰退，需要更換。能量轉(zhuǎn)化效率雖高，但是大規(guī)模的鋰電池集成必須兼顧安全性，儲能電站起火事故時有發(fā)生，無法作為長期穩(wěn)定的儲能基地。
而安全性、長時存儲、擺脫地理約束等條件都是壓縮空氣儲能所具備的，并且隨著技術(shù)不斷迭代，如今壓縮空氣儲能項目逐漸在降低成本和提高轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上快速上量，未來有望成為在儲能賽道里占據(jù)一席之位，據(jù)觀研報告網(wǎng)預(yù)計，樂觀預(yù)期下2025/2030年國內(nèi)壓縮空氣儲能裝機量可達到10.1GW/58.6GW。
何為先進？
現(xiàn)代最早的壓縮空氣儲能商業(yè)化實踐從1978年德國亨托夫電站開始，1991年美國也建了一座麥金托什電站，規(guī)模均是百兆瓦級別，原理都是通過壓縮機將空氣壓縮儲存在洞穴里，需要供電時將高壓空氣釋放，使用燃燒供熱驅(qū)動膨脹機發(fā)電。
（中國金屬加工網(wǎng)）
經(jīng)過國內(nèi)科研團隊的努力，在原有壓縮空氣儲能技術(shù)上進行了改進，一是研發(fā)了新型儲氣裝置，如壓力容器，壓力管道等裝置，提高了系統(tǒng)選址的靈活性。二是通過蓄熱裝置來儲存熱量，從而代替化石燃料燃燒做功驅(qū)動發(fā)電的方式，進而提升了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
在此基礎(chǔ)上，空氣充電寶成為一種能夠穩(wěn)定儲能4-10個小時甚至更長的時間，生命周期長達30-50年，不受地理環(huán)境限制的長時儲能技術(shù)。隨著新增的裝機規(guī)模突破了100MW以上，目前單位投資成本也由10000元/W降至5000元/W，十分接近抽水蓄能的單瓦造價水平，但把建造周期縮短到了18個月以內(nèi)。
回到儲能的第一性原理，能量的轉(zhuǎn)換在貯存和釋放之間需要盡量減少損失。
新型壓縮空氣儲能利用蓄熱裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓縮空氣儲能的燃燒室，減少額外做功和二氧化碳的排放，實現(xiàn)系統(tǒng)效率的優(yōu)化。河北張家口的這套儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率突破了70%，相比2013第一套10MW的系統(tǒng)提升了18.3個百分點，但離鋰電池（80%-90%）仍有較大的提升空間。
另外，壓縮空氣儲能分鐘級別的響應(yīng)速度較毫秒級的電化學儲能技術(shù)差了幾個量級，使其仍無法勝任一些需要快速響應(yīng)的儲能場景。
目前開拓出了多種新型的壓縮空氣儲能技術(shù)，包括蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)、等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)、水下壓縮空氣儲能系統(tǒng)、液態(tài)壓縮空氣儲能系統(tǒng)、超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)等。其中只有蓄熱式的技術(shù)路線較為成熟，加上我國還有大量廢棄的礦洞、鹽穴可供開發(fā)，資源稟賦上的優(yōu)勢幫助我國壓縮空氣儲能發(fā)展較國際更加先進。
布局企業(yè)有哪些？
國內(nèi)壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)鏈比較完備，上游核心設(shè)備包括壓縮機、膨脹機、換熱器、儲氣裝置；中游由儲能系統(tǒng)集成商提供集成服務(wù)，下游有安裝商和投資運營商，為終端輸送電力。
其中主要核心設(shè)備占到壓縮空氣儲能投資項目成本的50%以上，主要設(shè)備均實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
壓縮機將氣體壓縮至儲氣容器中，應(yīng)用領(lǐng)域包括冶金、石化、制藥等領(lǐng)域，儲能使用的壓縮機比普通機型流量更大、壓力更高，在大型儲能電站中采用軸流和離心壓縮機結(jié)合機組的結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)制造廠家主要有陜鼓動力、沈鼓集團，國外主要有阿特拉斯·科普柯、西門子等，目前國內(nèi)單機能夠?qū)崿F(xiàn)壓縮機容量可以達到100MW以上，但是應(yīng)對300MW級別的項目就需要采取多臺串聯(lián)或并聯(lián)的方式。
膨脹機把儲氣容器中的壓縮氣體降壓后，將空氣勢能轉(zhuǎn)換成動能驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，為提升膨脹發(fā)電系統(tǒng)效率，采用多級膨脹帶中間再熱的結(jié)構(gòu)形式，國內(nèi)廠家包括金通靈、哈電汽輪機公司等。
傳統(tǒng)設(shè)備廠商積極參與國內(nèi)壓縮空氣儲能項目，尋找業(yè)務(wù)增長點。陜鼓動力與中能建數(shù)字科技集團簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，公司的軸流壓縮機產(chǎn)品完成了300MW等級壓縮空氣儲能系統(tǒng)及壓縮機組的全部技術(shù)方案。金通靈與中儲國能合作，為貴州畢節(jié)和山東肥城項目提供設(shè)備供應(yīng)。杭氧股份為同里綜合能源服務(wù)中心內(nèi)500kW液態(tài)空氣儲能示范項目提供核心設(shè)備供應(yīng)等。根據(jù)天風證券測算，到2025年上游核心設(shè)備累計市場空間有望達到185億元。
總的來說，隨著新型電力系統(tǒng)的搭建，未來長時大容量儲能的需求會越來越高，儲能技術(shù)的大推廣總體要滿足經(jīng)濟性、安全性和高效率這幾個維度的要求。經(jīng)濟效益依賴單位成本的降低，隨著壓縮空氣儲能不斷提高規(guī)模容量，仍有較大的降本空間，在長遠的未來，空氣充電寶經(jīng)濟、清潔，不受資源、地理環(huán)境限制的優(yōu)勢有望凸顯。
關(guān)鍵詞： 新機遇壓縮空氣儲能景氣拐點來了
