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什么是压缩空气储能

今日新闻 2025年10月09日 22:17 0 aa



什么是压缩空气储能

这是一种适用于大规模、长时储能的技术，被广泛认为是继抽水蓄能之后，最具潜力支撑新型电力系统的储能技术之一。

一、 核心原理：像给“空气电池”充放电

压缩空气储能的基本原理非常简单，可以理解为一种基于空气的“充电”和“放电”过程。

  • 充电（储能）过程：在电网用电低谷（如夜间），或可再生能源发电过剩时，利用电能驱动大型压缩机，将空气压缩并储存到一个特定的地下或地上空间中。在这个过程中，电能转化为了空气的压力势能和热能。
  • 放电（释能）过程：当电网需要电力时（如用电高峰），将高压空气从储气室中释放。释放的高压空气经过加热器（见下文“技术路线”部分）加热膨胀，驱动膨胀机（类似于燃气轮机）高速旋转，从而带动发电机发电，将储存的能量重新转化为电能送回电网。

图表

代码

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放电过程

充电过程

低谷/绿电

大型压缩机

高压空气

地下储气室
（盐穴/硐室等）

高压空气释放

加热器

膨胀机驱动发电机

高峰供电

二、 主要技术路线

根据在“放电”过程中如何处理压缩时产生的热量，形成了不同的技术路线：

  1. 传统补燃式压缩空气储能
  2. 特点：在释能过程中，需要燃烧天然气或其他燃料来加热高压空气，增加其膨胀做功的能力。
  3. 缺点：依赖化石燃料，会产生碳排放，效率较低（通常约50%）。
  4. 代表电站：德国Huntorf电站（1978年建成）。
  5. 先进绝热压缩空气储能
  6. 特点：这是当前的主流发展方向。在“充电”压缩空气时，通过蓄热装置将压缩过程产生的热量收集并存储起来；在“放电”时，再利用这些储存的热量来加热空气。
  7. 优点：
  8. 零碳排放：全程不依赖化石燃料。
  9. 效率更高：系统设计效率可达70%以上。
  10. 能量密度更高。
  11. 技术挑战：蓄热系统的材料和工艺要求高。
  12. 液态空气储能
  13. 特点：将空气压缩并深冷至零下196摄氏度，使其液化，常压存储在巨型储罐中。需要放电时，将液态空气泵出、加压、加热气化，驱动膨胀机发电。
  14. 优点：不受地理地质条件限制，可在任何地方建设。
  15. 缺点：液化过程能耗高，系统效率相对较低。

三、 优势与挑战

核心优势：

  1. 大规模与长时储能：单机规模可达百兆瓦级，储能时长可达4-10小时，甚至更长，非常适合电网级的大规模调峰。
  2. 寿命长：核心部件（如储气库）寿命可达30-50年，远超电化学储能。
  3. 成本较低：一旦建成，运行和维护成本相对较低，单位千瓦时的成本有望低于锂离子电池。
  4. 安全环保：尤其是先进绝热技术，介质是空气，不存在燃烧爆炸或化学污染风险。

主要挑战：

  1. 地理依赖性强：最理想的储气库是地下盐穴（通过水溶方式在地下盐层中造腔），其次是利用废弃的采矿硐室、含水层等。这严重限制了项目的选址。
  2. 初始投资高，建设周期长：地下工程复杂，从选址到建成可能需要数年时间。
  3. 能量效率：整体效率（约50-70%）目前仍低于抽水蓄能和先进电池储能。

四、 发展现状与前景

  • 中国引领发展：目前中国在该领域处于全球领先地位，已建成和在建多个百兆瓦级的先进压缩空气储能电站。
    • 河北张家口：100兆瓦项目已于2021年底并网发电，是全球首个百兆瓦级先进绝热压缩空气储能电站。
    • 山东泰安：正在建设350兆瓦项目，建成后将成为全球单机规模最大的压缩空气储能电站。
  • 政策支持：被中国《“十四五”新型储能发展实施方案》列为重点攻关和示范的技术方向。

总结

压缩空气储能，特别是先进绝热技术，是解决新能源消纳、实现电网大规模长时调峰的“国之重器”。它虽然受制于地理条件，但其大容量、长寿命、高安全性和低成本的综合优势，使其在未来的新型电力系统中，将与抽水蓄能形成互补，与电化学储能形成错位竞争，成为不可或缺的支柱性储能技术。

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