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什么是壓縮空氣儲(chǔ)能？

壓縮空氣儲(chǔ)能具有裝機(jī)容量大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、系統(tǒng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，且一般可儲(chǔ)釋能上萬(wàn)次，壽命達(dá)40-50年，被認(rèn)為是最具有廣闊發(fā)展前景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)之一，可以與抽水蓄能相媲美。

但該技術(shù)比較適合于大型系統(tǒng)，需要特定的地理?xiàng)l件建造大型儲(chǔ)氣室，例如報(bào)廢的礦井、巖洞、廢棄的油井或者人造的儲(chǔ)氣罐等，因此限制了使用范圍。

通常來(lái)講，該技術(shù)原理是在用電低谷時(shí)，用電壓縮空氣，使電能轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能；用電高峰時(shí)，釋放高壓空氣并驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電，將存儲(chǔ)的空氣壓力能再次轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或者電能。

中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專(zhuān)委會(huì)副主任兼秘書(shū)長(zhǎng)、中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長(zhǎng)俞振華表示，目前壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展有重大突破，超長(zhǎng)時(shí)的單機(jī)10MW級(jí)和100MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能已經(jīng)并網(wǎng)，正在向單機(jī)300MW規(guī)模前進(jìn)。

壓縮空氣儲(chǔ)能可分為傳統(tǒng)與新型兩大技術(shù)路線。光大證券報(bào)告顯示，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（CAES）是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)，但其依賴(lài)儲(chǔ)氣洞穴與化石燃料，系統(tǒng)效率較低，存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換過(guò)程可能會(huì)帶來(lái)新污染。

該技術(shù)路線下，釋放高壓空氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室進(jìn)行發(fā)電時(shí)，通常需要同燃料一起燃燒。

壓縮空氣儲(chǔ)能自上世紀(jì)70年代后期開(kāi)啟真正應(yīng)用。1978年，全球第一座壓縮空氣儲(chǔ)能電站在德國(guó)建成，隨后美國(guó)、日本等國(guó)家在此領(lǐng)域的發(fā)展速度也在不斷加快。

目前，全球真正商業(yè)化運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能電站共有兩座，分別為德國(guó)Huntorf電站、美國(guó)Mcintosh電站，兩者裝機(jī)分別為290MW和110MW。它們均是帶有燃燒室和洞穴儲(chǔ)氣室的傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。

新型壓縮空氣儲(chǔ)能則通過(guò)三種技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)步，分別是絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能、液態(tài)空氣儲(chǔ)能、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能，三者分別解決需要化石燃料補(bǔ)燃、儲(chǔ)氣洞穴依賴(lài)以及效率問(wèn)題。

絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能，是指利用蓄熱回?zé)峒夹g(shù)回收再利用氣體壓縮過(guò)程所產(chǎn)生的壓縮熱，在壓縮空氣發(fā)電時(shí)不需再燃燒化石燃料，即非補(bǔ)燃式的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。目前在中國(guó)江蘇金壇建設(shè)的非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能電站，為全球首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站。

液態(tài)空氣儲(chǔ)能，是指將高壓空氣經(jīng)蓄冷器預(yù)冷后節(jié)流液化，將電能以常壓低溫液態(tài)空氣形式儲(chǔ)存，同時(shí)存儲(chǔ)壓縮熱，可擺脫對(duì)儲(chǔ)氣洞穴的依賴(lài)。2021年10月，國(guó)內(nèi)首套10兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)在貴州畢節(jié)并網(wǎng)發(fā)電，該套系統(tǒng)配備集氣裝置。

超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能，是在低谷期將電能將空氣壓縮至超臨界狀態(tài)，并利用存儲(chǔ)的冷能將超臨界空氣冷卻液化儲(chǔ)存；在用電高峰，液態(tài)空氣加壓吸熱至超臨界狀態(tài)，并進(jìn)一步吸收存儲(chǔ)的壓縮熱后通過(guò)膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

根據(jù)中國(guó)科學(xué)院的相關(guān)專(zhuān)利說(shuō)明，超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能采用了必要的儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷設(shè)備，系統(tǒng)效率比傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)更高。

中國(guó)技術(shù)突破

光大證券報(bào)告指出，國(guó)內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究起步較晚，2005年才開(kāi)始發(fā)展，但進(jìn)步迅速。2016年，中國(guó)建立了示范工程項(xiàng)目，技術(shù)進(jìn)入全球先進(jìn)水平。

2021年9月23日，山東肥城壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站項(xiàng)目正式實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，這標(biāo)志著國(guó)際首個(gè)鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站已進(jìn)入正式商業(yè)運(yùn)行狀態(tài)。

去年，國(guó)內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)在效率和成本兩方面，均達(dá)到了商業(yè)化發(fā)展的水平。

去年12月，中儲(chǔ)國(guó)能（北京）技術(shù)有限公司（下稱(chēng)中儲(chǔ)國(guó)能）表示，從目前已建成和在建的項(xiàng)目看，兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能的系統(tǒng)效率可達(dá)52.1%，10兆瓦的系統(tǒng)效率可達(dá)60.2%，百兆瓦級(jí)別以上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率可以達(dá)到70%，先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率能夠逼近75%。此前壓縮空氣儲(chǔ)能效率約在40%-50%之間。

此外，在系統(tǒng)規(guī)模增加后，單位投資成本也持續(xù)下降，系統(tǒng)規(guī)模每提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，單位成本下降可達(dá)30%左右。

中儲(chǔ)國(guó)能是中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化公司，專(zhuān)注于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2020年中儲(chǔ)國(guó)能獲得中科創(chuàng)星、株洲高科領(lǐng)投的1.6億元天使輪投資。2021年，招銀國(guó)際領(lǐng)投，中科創(chuàng)星追投，聯(lián)想之星、普華資本、華控基金、南京麒麟等機(jī)構(gòu)跟投，融資金額達(dá)1.8億元。

CNESA發(fā)布的《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)》報(bào)告指出，壓縮空氣儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)主要包括壓縮機(jī)技術(shù)、蓄熱換熱器技術(shù)、膨脹機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)集成與控制技術(shù)等。

2021年，中國(guó)對(duì)于上述技術(shù)的研發(fā)也有突破性進(jìn)展。

去年，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所依托國(guó)家能源大規(guī)模物理儲(chǔ)能研發(fā)中心建成了壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)平臺(tái)。

依托該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所（下稱(chēng)中科院）研制了10MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)用10MW級(jí)六級(jí)間冷離心式壓縮機(jī)、10MW級(jí)四級(jí)再熱組合式透平膨脹級(jí)、高效超臨界蓄熱換熱器，并應(yīng)用于肥城10MW鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)電站。這幾項(xiàng)產(chǎn)品的效率均在85%以上。

此外，中科院還攻克了100MW級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的寬工況組合式壓縮機(jī)技術(shù)、高負(fù)荷軸流式膨脹機(jī)技術(shù)、高效蓄熱換熱器技術(shù)，以及系統(tǒng)集成與控制技術(shù)，研制出國(guó)際首套100MW系統(tǒng)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和蓄熱換熱器，目前正在開(kāi)展張家口示范系統(tǒng)的集成調(diào)試。

落地項(xiàng)目

在技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，越來(lái)越多的項(xiàng)目在逐漸落地。

2021年8月，中科院在山東肥城建成了國(guó)際首套10MW鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)示范電站，通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)收，并正式并網(wǎng)發(fā)電商業(yè)運(yùn)行，系統(tǒng)效率達(dá)60.7%，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。該項(xiàng)目由中儲(chǔ)國(guó)能投資建設(shè)，葛洲壩中科儲(chǔ)能技術(shù)有限公司提供設(shè)備、技術(shù)并負(fù)責(zé)工程。

中科院還在張家口市建設(shè)了國(guó)際首套100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家示范項(xiàng)目，2021年12月底并網(wǎng)。該項(xiàng)目由巨人能源旗下張北巨人能源投資建設(shè)，中儲(chǔ)國(guó)能提供全套設(shè)備，中國(guó)電建集團(tuán)水電四局負(fù)責(zé)工程總承包。

此外，位于貴州畢節(jié)的集氣裝置儲(chǔ)氣10MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)于2021年10月完成并網(wǎng)發(fā)電；江蘇金壇建設(shè)了60MW/300MW·h鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，2021年10月開(kāi)展了并網(wǎng)試驗(yàn)。

其中，江蘇金壇項(xiàng)目由華能集團(tuán)承擔(dān)建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)維。國(guó)家電網(wǎng)、東方電氣、哈爾濱電氣、上海電氣、中國(guó)能建、中國(guó)電建、中國(guó)石油、中國(guó)石化、沈鼓集團(tuán)和浙建集團(tuán)均參與了項(xiàng)目建設(shè)。

據(jù)界面新聞?dòng)浾卟煌耆y(tǒng)計(jì)，自2021年以來(lái)，已有八個(gè)已簽約待建壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，分別位于浙江省溫州市蒼南縣、河南葉縣、江蘇淮安、遼寧朝陽(yáng)縣、山東泰安、湖北孝感、江西瑞昌、湖北應(yīng)城。

從簽約方及建設(shè)方來(lái)看，主要為華能集團(tuán)、中國(guó)機(jī)械設(shè)備工程股份有限公司、中科院工程熱物理所、中儲(chǔ)國(guó)能、中能建數(shù)字科技集團(tuán)、葛洲壩能源重工有限公司、國(guó)家電網(wǎng)地方公司及項(xiàng)目當(dāng)?shù)仄髽I(yè)。

目前從事壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的上市公司主要有三家，分別為國(guó)內(nèi)透平機(jī)械龍頭陜鼓動(dòng)力、金通靈和東方電氣。

陜鼓動(dòng)力成立于1999年，專(zhuān)注于透平機(jī)械及系統(tǒng)的研發(fā)、制造、銷(xiāo)售服務(wù)等。透平即為渦輪，是壓縮空氣儲(chǔ)能流程上不可或缺的設(shè)備。

今年1月，陜鼓動(dòng)力與中能建數(shù)字科技集團(tuán)簽約300MW壓縮空氣儲(chǔ)能重大示范項(xiàng)目。

金通靈成立于1993年，專(zhuān)注于大型工業(yè)鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、蒸汽輪機(jī)等流體機(jī)械領(lǐng)域。該公司曾與中科院合作研發(fā)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，并在肥城、畢節(jié)完成兩個(gè)中試項(xiàng)目，取得了試驗(yàn)成功。在這兩個(gè)項(xiàng)目中，金通靈負(fù)責(zé)空氣膨脹機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝以及生產(chǎn)制造。

東方電氣是國(guó)內(nèi)發(fā)電設(shè)備龍頭。它曾與哈爾濱電氣一起，完成了全球首個(gè)非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能電站的空氣透平、油氣換熱器等核心設(shè)備的研制。

截至4月29日收盤(pán)，陜鼓動(dòng)力報(bào)收7.62元，市值為132億元，歷史最高達(dá)258億元。去年，該公司營(yíng)收達(dá)103.6億元，同比增長(zhǎng)28.47%，凈利潤(rùn)約8.5億元，同比增長(zhǎng)25.22%。

金通靈同日?qǐng)?bào)收3.55元，市值為52.9億元，歷史最高達(dá)103億元。去年該公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入17.5億元，同比上升22.2%，凈利潤(rùn)1986萬(wàn)元，同比下降66.13%。

東方電氣同日?qǐng)?bào)收12.62元，市值為375億元，歷史最高達(dá)696億元。去年該公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)收478.19億元，同比增長(zhǎng)28.26%，創(chuàng)歷史新高；凈利潤(rùn)22.89億元，同比增長(zhǎng)22.93%。