国际首套300MW盐穴压缩空气储能电站项目即将开工建设。

什么是压缩空气储能？

从能量的角度分类，储能技术主要可以分为热储能、电储能和氢储能几大类，其中电储能包括机械储能、电化学储能和电磁储能，是最常用的储能方式。压缩空气储能属于机械储能。

压缩空气储能技术是从上世纪50 年代发展起来的，世界上最先商业运行的两个压缩空气储能电站，分别是德国的Huntorf电站、美国Mcintosh电站。

压缩空气储能系统是以高压空气压力能作为能量储存形式，并在需要时通过高压空气膨胀做功来发电的系统，其技术原理发展自燃气轮机。

压缩空气储能是一种能够实现大容量和长时间电能存储的技术。

工作原理是：电网负荷低谷期用电能将空气高压密封在矿井、气井、山洞或储气罐中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电。压缩空气储能技术成熟，在规模上仅次于抽水蓄能，如德国一座电站的规模达到290MW。

压缩空气储能目前还是新储能技术，在2020年全球储能装机占比0.2%，国内装机占比仅0.03%。

传统的压缩空气储能系统必须同燃气轮机电站配套使用，依赖燃烧化石燃料提供热源，而且需要特定的地理条件建造大型储气室，从而限制了其应用范围。2020年后，超临界压缩空气储能关键技术（10MW/100MWh和100MW/800MWh）实现突破，并进行了项目示范。

压缩空气储能技术以其储能容量大、寿命长、效率高、安全可靠等特点被视为一种极具潜力的大规模储能技术。2025年之前有望实现应用推广。

压缩空气储能蓄热装置效率破纪录

据中国科学院工程热物理所，近日，河北省张家口国际首套100MW级先进压缩空气储能示范系统蓄热装置通过具有CNAS资质的第三方测试，测试结果为蓄热量达374.7 GJ，保温8小时蓄热效率为98.95%，保温16小时蓄热效率为98.73%，为目前压缩空气储能蓄热装置效率最高记录，达到国际领先水平。

蓄热装置是压缩空气储能系统的关键核心部件，在系统储能时储存压缩机产生的压缩热，并在释能时加热高压空气，增加膨胀机输出功率，提高系统储释能效率。100MW级先进压缩空气储能示范系统的蓄热装置突破了高效超临界蓄热换热等关键技术，具有储热效率高、成本低、安全稳定等优点。

商业化进展或将提速

压缩空气储能具有规模大、寿命长、成本低、环保无污染等诸多优点，且一般可储释能上万次，寿命达40-50年，被视为目前最具发展潜力的大规模储能技术之一。

压缩空气储能正迈向商业化。近日，大众网报道称，国际首套300MW盐穴压缩空气储能电站项目即将在山东肥城市开工建设。另外，今年7月，苏盐集团465兆瓦盐穴压缩空气储能项目可研报告通过专家评审，将成为国际上容量最大的压缩空气储能电站，可实现年发电量8.5亿度。

截至2021年底，我国压缩空气储能新增投运规模大幅提升，达到170MW，是其2020年底累计规模的15倍。2021年以来，全国有多个已签约待建项目，项目密度较往年有所提升。

目前先进压缩空气储能系统效率能够逼近75%，造价约5000-6000元/kW，效率、成本已经和抽水蓄能相当（抽水蓄能：效率79%、成本5500元/kW）。根据规模的不同，新型压缩空气储能系统的度电成本在0.2/kWh左右，未来预计可以把度电成本降至0.15元/kWh以内，度电成本远低于约0.6元/kWh的磷酸铁锂电池、钠电池和钒电池，经济效益显著。

天风证券研报表示，压缩空气储能效率与成本已和抽水蓄能相当，初具大规模商业化条件。目前国内压缩空气储能正在规划建设的项目共有19个，规划总装机量达到5.38GW，预测2025年压缩空气储能装机量达到6.75GW，2030年达到43.14GW。

和抽水蓄能的对比

1 能源转换效率：抽水蓄能75%，压缩空气60%-70%。

2 地质环境要求：抽水蓄能，上下游其一端最好利用相近的天然河道或湖泊。压缩空气，盐穴资源分布广泛，广东、四川、青海、湖北、河南、山东、陕西、安徽、江苏等省区。

3 装机容量：肯定是抽水蓄能更大，1GW+以上的中国抽水蓄能有很多。相比之下盐穴空气压缩的容量，即便考虑江苏金坛盐的远期规划也就1GW。但毕竟是个新东西，还是要保持发展的眼光。

4 此外，盐穴储气具有建设成本低，占地面积很小的优势。

综合来看，抽水蓄能是非常成熟的。但更重要的因素则是因地制宜，适合什么做什么。

One More Thing? 液态空气储能

还有一种更小规模的空气压缩储能技术是液态空气储能。在储能阶段，驱动压缩机压缩环境空气，高压空气经蓄冷器预冷后节流液化，将电能以常压低温液态空气形式储存，同时存储压缩热。在释能阶段，液态空气经低温泵增压后，通过蓄冷器储存冷量并气化，经压缩热（可选太阳能光热或工业中低温余热）加热后，产生高压高温气体驱动空气透平旋转做功，带动发电机发电并网。同时，系统中富余的压缩热能可部分用于生活热水供应或冬季采暖，部分用于吸收式制冷机组供应空调冷水用于夏季供冷。

这个技术不受制于盐穴地理位置限制，但需要增加成本来制造密封罐了。中科院理化所团队在廊坊中试基地完成了100kW低温液态空气储能示范平台的建设。这个装机容量就更低了。但系统整体效率还不错，基本也是60%左右。这个技术最大优点是更灵活，不受地理位置束缚，可以和化学储能场景竞争。一些制冷企业在这方面有一些布局。

液化空气除了可以发电，还可以用以下这些用途。

液化空气社会面潜在应用场景

目前，液氮已经得到了较多的应用，但总体应用量并不大。从更广的角度看，基于其独特的属性，液态空气在社会面有着众多的大规模、高价值潜在应用场景。

1、供暖、供冷

基于空调的使用，在冬天，我们将室内空气加热，对应的冷能白白释放到环境中，且让外部更冷；在夏天，我们将室内空气降温，对应的热能白白释放到环境中，且让外部更热。我们能否用冬天的冷能来中和夏天的热能？当然是可以的，只要有电、有空气的地方都可以，具体方式为：冬天，我们压缩并液化空气，释放出的热能用于供暖，并将液态空气存储起来，夏天，我们利用液态空气进行供冷，吸收夏天的热，并同时利用液态空气的气化膨胀驱动发电机发电，实现将液态空气中存储的能量转换为电能。这种方式真正实现了热量在冬天和夏天的转移，能够大幅减少供暖和供冷的燃料或电力消耗，能够产生巨大的经济效益和减排效果。

当然，通过上述方式进行供暖和供冷不是一家一户可以实行的，必须要通过集中供暖、供冷的方式，在北方也许可以和现有的供暖系统进行结合。如果今后能够开发出适合于较小规模使用的空气液化设备，则可以在城市和乡村普遍推广应用基于液化空气的集中供暖供冷系统。如果只能大规模液化，那可以在少数地方建立空气液化工厂，并较为普遍地建设带有液态空气使用功能的中央空调系统，然后将集中生产的液态空气分送到各中央空调系统进行供冷和发电用。在实际应用中，如果空气液化释放的热以及气化所吸收的冷不足以满足供暖和供冷的需求，可以通过燃煤、天然气、电力等进行补充和调节。

2、火电厂

我国火电占全国电力的比重超过70%，火电机组能源转化效率很低（亚临界机组为38%，超临界机组为41%，超超临界机组为44%），纵使实行热电联产，火电厂还有大量的能量损耗。同时，火电厂还是二氧化碳排放的超级大户。在上述情况下，我们一方面可以考虑利用储能形成的液态空气中的冷能来将火电厂释放的大量二氧化碳生成干冰（用于供给冷库、供冷厂等地方使用），并利用液态空气的气化进行发电。同时，可以利用液态空气吸收火电厂余热，通过其气化膨胀来发电，实现将液态空气存储的能量转化为电能。

3、冷库

冷库的核心需求是冷源，我们可以设计制造能够利用液态空气的制冷系统，利用由富余电力或弃电生产的液态空气为冷库提供冷源，这样不仅可以使冷库无需用电就能制冷，还可以利用液态空气的气化膨胀进行发电。

4、数据中心

随着信息化的发展，社会对算力的需求越来越大，数据中心已经成为社会的一个耗能大户。数据中心在耗电的同时，会产生大量的热，如果能够将数据中心的散热系统改造为可以利用液态空气的系统，则能够在获得更好的散热效果的同时，实现充分利用数据中心产生的热量加热液态空气进行发电。

5、发动机

发动机在对外提供动力的同时，其自身还需要散热，液态空气本身富含冷能，且可以膨胀做功，我们可以考虑将两者结合起来，在现有发动机的基础上，增加可以使用液态空气或干冰的系统，在更好为发动机散热的同时，利用气化膨胀的能量为发动机增加动力或进行发电。

根据从网络了解的资料，1立方米常压液态空气内部的可用能为201度电，按普通小汽车计算，一个40升油箱的液态空气能够提供的能量为8度电，按每度电能够行驶5公里计算，这些能量能够使汽车行驶40公里，也是一个较为可观的数字；另一种说法是每升液态空气与1/8-1/15升的燃油相当，其综合成本可能是燃油的1/2-1/5。对于燃油车而言，能够利用液态空气进行散热和提供车内冷源，减少燃料消耗，并可以利用气化的能量提供部分动力。对电动汽车而言，能够利用液态空气的冷能进行散热和提供车内冷源，减少电力消耗，且能够利用气化发电进一步增加续航里程。尤其是对于增程式冷藏车而言，液态空气能够发挥的作用将会更大。

可能有人会问，发动机利用液态空气具备经济价值吗？我认为很具备价值，因为我们如果大规模利用液化空气储能，必须要有地方消化储能形成的液态空气，汽车就是一个相当大的应用场景，能够为液化空气储能产业的形成补齐关键性的环节。而且，由于液化空气使用的是富余电量或弃电，其成本会比较低，预计其使用能够显著降低汽车油耗成本。

可能有人还会问，汽车利用液态空气可行性吗？我认为是可行的，首先，从大环境来看，LNG产业已经十分成熟，相关技术、设备和加气站等设施能够直接或稍加改造后应用到液化空气领域；其次，发动机虽然需要增加使用气化膨胀的能量进行发电或做功的部件，并对散热系统、空调系统进行改造，但预计不会存在技术和应用上的障碍；第三，由于发动机利用液态空气本身是一个回收热量和提供额外动力的辅助行为，可以无需考虑输出动力的稳定性，且没有液态空气也不影响发动机的运行。

当然，发动机使用液态空气的实施难度相对更大，它面对的是千千万万的“散户”，在液态空气可以大规模生产的情况下，它还需要对发动机进行重新设计和生产，需要有比较普及的液态空气加注场站提供服务，但使用液态空气所带来的成本降低一定能够吸引一大批的用户使用，尤其是运营性质的载客汽车和大中型货车。

6、超导输电

高温超导电缆能在液氮汽化温度（约-196℃）下无电阻传输大电流，导体损耗不足常规电缆的十分之一，加上制冷的能量损耗，其运行总损耗也仅为常规电缆的50%～60%，同时，使用超导电缆还可以节约大量的占地面积和空间，并减少金属和绝缘材料使用。实际上，超导电缆已经实现了商业应用，如：上海已于2021年建成1.2公里的目前世界上输送容量最大、长度最长、全商业化运行的35千伏高温超导电缆，电缆内部是零下196℃的液氮。

超导输电技术在原理上是最理想的一种输电技术，但目前建造价格昂贵，没有实现广泛的应用。超导输电的核心问题是保持电缆的低温，如果我们能够实现液化空气储能的大规模应用，将能够为超导输电低成本提供大量液态空气。我们可以在能源输出地液化空气，并建立从能源输出地到能源使用地之间的液态空气输送管道，一方面可以实现储能载体的输送和使用，另一方面能够在液态空气管道中放置超导电缆用于输电，大幅降低输电损耗，并提升输电能力。我们还可以结合城市供暖、供冷对液态空气的生成和使用情况，在城市中建立液态空气输送管道系统及配套的超导输电系统，在输送和使用液态空气的同时，实现城市超导输电的大范围应用。

7、超导储能

超导储能装置利用超导线圈将能量转换成电磁能进行存储，并通过功率变换器控制能量交换，适用于大功率、高动态响应储能场合。超导储能有着功率大、质量轻、体积小、损耗小、反应快等诸多优点，超导储能系统可长期无损耗地储存能量，在建造时不受地点限制，维护简单、污染小，其转换效率超过90%，应用范围很广。

在液化空气大规模应用后，将能够以较低的成本普遍地为高温超导储能提供液态空气，满足超导储能的温度要求，从而推动超导储能的规模化、普及化应用，这使液态空气在自身发挥储能减排作用的同时，能顺带为超导储能创造极佳的发展条件。

8、其他

在液化空气大规模应用后，我们还有望为超导磁悬浮交通体系的发展和大规模应用提供坚实的支撑。我们可以沿着磁悬浮轨道建设液态空气输送系统，在输送液态空气的同时，为磁悬浮交通体系提供超导所需的低温环境。

我们也可以考虑利用液态空气来制造日常所需的冰块，并同时利用其气化膨胀来发电。另外，液化空气的大规模应用还可以为超导计算机、超导发电机等超导方面的产业以及其他需要超低温度环境的产业的发展和规模化应用提供有力的支持。

文章来源： 数据宝，操奇制胜，能源电力说，智慧大流通