在不远的将来，你使用的电力可能来自压缩空气能量储存。这意味着我国在大规模压缩空气储能技术产业化方面取得了重要进展。

压缩空气储能技术被视为除抽水蓄能之外的另一种极具潜力的大规模储能技术。

压缩空气储能系统主要由压缩机、储气库、回热系统、储热系统、膨胀机和发电机组成。

在储能时，利用低谷电或可再生能源弃电驱动压缩机将空气压缩至高压状态并存于储气室，同时通过回热系统将压缩过程中产生的压缩热回收并储存；

在释能时，将高压空气从储气室释放驱动膨胀机发电，同时利用存储的压缩热加热进入膨胀机的高压空气，无需燃料补燃，全过程无燃烧、零排放。

1、为什么储能研究如此重要？

在谈空气充电宝之前，我们先来谈一谈能源。

我们都知道，能源是工业的粮食，每一次能源变革都伴随着一次工业革命。煤炭的广泛使用使人类经历了蒸汽时代；油气和电力的广泛使用带领人类进入了电气时代。人类现在正在经历第三次工业革命，也就是我们通常所说的电子信息化时代，其能源变革的主要特征是可再生能源逐步替代化石能源，成为主力能源。

除了和工业联系密切，能源也与我们的日常生活息息相关。我国的“双碳”目标力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，其主要手段就是提高可再生能源的应用比例，用以替代化石能源。我们的目标是：2025年可再生能源发电装机占比将超过50%，2060年非化石能源的能源消费占比要达到80%。

但是，可再生能源和化石能源相比有一个鲜明的特点，或者说缺点，那就是它的不可控性——我们通常讲叫“靠天吃饭”。具体地说，就是间歇性、波动性和周期性。所谓间歇性是指有时候有、有时候没有；所谓波动性就是有的时候也不稳定；而周期性是指随着时间和季节，比如白天、晚上还有四季的变化，有周期性的波动。

根据预测，在未来以可再生能源为主的电力系统当中，储能装机占比要达到10%-15%。正由于储能的重大战略需求，它被《科学》列为人类面临的125个终极科学问题之一，同时它也是第三次工业革命的关键支撑技术和国家的战略性新兴产业。

目前已有的储能技术大致可以分为两类：一类是物理储能，包括抽水蓄能、压缩空气、蓄热和飞轮等；另一类是化学储能，主要包括各种电池，如我们经常用到的铅酸电池、锂电池、钠电池和液流电池等。

为什么选择压缩空气储能作为自己的研究方向呢？最主要就是因为压缩空气储能有着优异的性能，它的规模大、寿命长、储能的周期不受限制、建设和运行成本低。其次，压缩空气储能所涉及的学科主要包括动力工程和工程热物理，正好是我所在的工程热物理所的主流学科。

2、传统压缩空气储能存在哪些问题？

▲ 第一个压缩空气储能技术专利

第一个现代的压缩空气储能专利是美国在1943年申请的，1948年获得了授权。

▲ 德国Huntorf电站：第一个商业运行的现代压缩空气储能电站

而第一个商业运行的现代压缩空气储能电站，是德国在1978年建成Huntorf电站。在用电低谷的时候，它通过压缩机将空气压缩存储在储气洞穴当中；在用电高峰的时候，高压空气释放，同燃料燃烧产生的高压、高温空气一起驱动膨胀机发电。从建成到现在，Huntorf电站已经运行了40多年，仍具有很好的效果，非常稳定，可靠性也很强。

但是，这种传统的压缩空气储能在推广的过程中发现了问题：第一，它依赖于地理条件；第二，依赖于化石燃料；第三，系统的效率相对较低。

究其原因主要有三个方面。一个就是空气在压缩过程中产生的压缩热没有回收。我们在生活中有这个感受：用气筒给自行车打气的时候，气筒会发热，这个就是压缩热，而传统空气储能系统没有回收压缩热。其次，空气的储能密度比较低，所以需要大规模的储气装置。第三，压缩、膨胀等系统过程相互独立，使得它的总体效率不高。

▲ 先进压缩空气储能总体思路

那么，如何解决这些问题？我们的总体思路就是通过压缩热的回收，气体高压或者液化的高密度存储，以及高效过程和耦合匹配，同时解决这三个问题。

具体地说，我们首先在空气压缩的过程中，通过换热器将压缩机的压缩热交换、回收回来，再在蓄热器当中存储起来。在发电的时候，膨胀机再通过蓄热器回收热量，从而摆脱对化石燃料的依赖。

其次，通过压力容器球形储罐或者液态的杜瓦罐等储气装置，摆脱对地理条件的依赖。

最后，通过高效的压缩和膨胀、释热和放热，来提高单个过程的效率。同时，我们在压缩和膨胀、储热和释热的过程中，尽量使这两个系统的参数与过程相匹配，也就是让我们右上图中的红线和绿线接近，从而使它的损失更小、效率更高。

基于这三项技术，我们设计出了先进的压缩空气储能。它的工作原理是在用电低谷期，将空气压缩、存储在储气装置当中，同时回收它的压缩热；在用电高峰时释放高压空气，将存储的热回收回来，最后实现用高温高压的空气驱动膨胀机发电。

3、关于压缩空气储能的“长征”

现在全国已经建成了6台压缩空气储能示范项目，正在建设和规划建设的有20多套。

未来我们还要做好三件事情：一是现有技术的推广和应用；二是更大规模的系统研发，比如300兆瓦系统；第三就是不断研发新的压缩空气储能技术，不断提高效率和其他性能。

相信随着可再生能源和储能技术的大规模发展，可再生能源将经历可再生能源补贴，可再生能源平价，再到可再生能源+储能平价的时代。只有可再生能源＋储能实现平价，人类的可再生能源时代才会真正到来。

在新型电力系统构建中，压缩空气储能在电源侧、电网侧、用户侧均有广泛的用武之地。在电源侧储能应用场景下，压缩空气储能电站以参与调峰调频等辅助服务为主要应用场景。

在电网侧储能应用场景下，压缩空气储能电站用途主要包括调峰调频、黑启动、缓解输配电阻塞及延缓输配电设备投资、提高供电可靠性等，发挥保底电网作用。在用户侧储能应用场景下，压缩空气储能电站立足于满足用户降低用电成本及提高用电可靠性的需求，可包括基于峰谷电价的用电成本管理场景，参与电力辅助服务市场场景等。

在压缩空气储能电站商业化方面，目前已并网的项目主要有江苏金坛盐穴压缩空气储能电站国家示范工程一期60兆瓦/300兆瓦时项目、山东肥城盐穴先进压缩空气储能调峰电站一期10兆瓦示范电站、河北张家口国际首套100兆瓦/400兆瓦时先进压缩空气储能国家示范项目等。

其中，河北张家口100兆瓦/400兆瓦时先进压缩空气储能项目系统效率达到70.4%，达到国际最高水平。

文章来源：中储国能，空压机的那些事，中国电力报