今年9月底，國(guó)際首套百兆瓦級(jí)別的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范項(xiàng)目在河北張家口順利并網(wǎng)發(fā)電，這座獨(dú)立儲(chǔ)能電站由中儲(chǔ)國(guó)能牽頭建設(shè)，技術(shù)來源自中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，也是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行壓縮空氣技術(shù)研究的團(tuán)隊(duì)。

【資料圖】

自2013年國(guó)內(nèi)第一套河北廊坊1.5MW儲(chǔ)能示范項(xiàng)目投運(yùn)以來，壓縮空氣技術(shù)研究在裝機(jī)規(guī)模和控制成本上實(shí)現(xiàn)了不斷突破，逐步由示范邁向產(chǎn)業(yè)化初級(jí)階段。

（中儲(chǔ)國(guó)能官網(wǎng)）

如今，能源轉(zhuǎn)型建設(shè)如火如荼，儲(chǔ)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(chǔ)存和釋放電能的大型充電寶，壓縮空氣儲(chǔ)能的項(xiàng)目今年陸續(xù)上馬，在建/規(guī)劃的項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到6GW。

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的另類方案

按照技術(shù)原理劃分，儲(chǔ)能技術(shù)類型可以分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能幾大類。物理儲(chǔ)能將電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化為其他形式的能力，比如重力勢(shì)能、空氣壓力能等進(jìn)行儲(chǔ)存，在釋放的時(shí)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(chǔ)能方式。抽水蓄能建設(shè)成本較低，技術(shù)要求、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)以及價(jià)格機(jī)制上相對(duì)更加成熟，2021年累計(jì)投運(yùn)的規(guī)模占儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的八成以上。與此同時(shí)，以鋰離子電池帶頭的電化學(xué)儲(chǔ)能開始爆發(fā)，鋰電池能夠?qū)崿F(xiàn)電能的快速充放，儲(chǔ)存較多的能量，能夠適應(yīng)需要快速響應(yīng)的儲(chǔ)能場(chǎng)景，21年新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)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(zhǎng)要求容量更大，儲(chǔ)能時(shí)間越久的基礎(chǔ)設(shè)施來承載，我們把時(shí)長(zhǎng)超過4個(gè)小時(shí)以上的儲(chǔ)能技術(shù)稱作長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，相較于短時(shí)儲(chǔ)能，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以更好地實(shí)現(xiàn)用電供需的匹配。

應(yīng)對(duì)快速增長(zhǎng)的電量消納需求以及不同場(chǎng)景的儲(chǔ)能要求，現(xiàn)有存量和儲(chǔ)存時(shí)長(zhǎng)的制約不能只依賴兩種儲(chǔ)能技術(shù)來填補(bǔ)，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(shì)差，因此對(duì)建設(shè)場(chǎng)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(shí)間內(nèi)無法快速上量；另外，應(yīng)對(duì)需求的增長(zhǎng)，擴(kuò)容難度較大。

鋰離子電池的最佳儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)通常在1-4小時(shí)，因?yàn)殡姵匦阅軙?huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)長(zhǎng)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(chǔ)能電站起火事故時(shí)有發(fā)生，無法作為長(zhǎng)期穩(wěn)定的儲(chǔ)能基地。

而安全性、長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)、擺脫地理約束等條件都是壓縮空氣儲(chǔ)能所具備的，并且隨著技術(shù)不斷迭代，如今壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)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(chǔ)能賽道里占據(jù)一席之位，據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)預(yù)計(jì)，樂觀預(yù)期下2025/2030年國(guó)內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能裝機(jī)量可達(dá)到10.1GW/58.6GW。

何為先進(jìn)？

現(xiàn)代最早的壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)化實(shí)踐從1978年德國(guó)亨托夫電站開始，1991年美國(guó)也建了一座麥金托什電站，規(guī)模均是百兆瓦級(jí)別，原理都是通過壓縮機(jī)將空氣壓縮儲(chǔ)存在洞穴里，需要供電時(shí)將高壓空氣釋放，使用燃燒供熱驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電。

（中國(guó)金屬加工網(wǎng)）

經(jīng)過國(guó)內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)的努力，在原有壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)，一是研發(fā)了新型儲(chǔ)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(chǔ)存熱量，從而代替化石燃料燃燒做功驅(qū)動(dòng)發(fā)電的方式，進(jìn)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(chǔ)能4-10個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，生命周期長(zhǎng)達(dá)30-50年，不受地理環(huán)境限制的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。隨著新增的裝機(jī)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(jià)水平，但把建造周期縮短到了18個(gè)月以內(nèi)。

回到儲(chǔ)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(chǔ)能利用蓄熱裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能的燃燒室，減少額外做功和二氧化碳的排放，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的優(yōu)化。河北張家口的這套儲(chǔ)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(gè)百分點(diǎn)，但離鋰電池（80%-90%）仍有較大的提升空間。

另外，壓縮空氣儲(chǔ)能分鐘級(jí)別的響應(yīng)速度較毫秒級(jí)的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)差了幾個(gè)量級(jí)，使其仍無法勝任一些需要快速響應(yīng)的儲(chǔ)能場(chǎng)景。

目前開拓出了多種新型的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，包括蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、等溫壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、水下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、超臨界壓縮空氣儲(chǔ)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(guó)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(shì)幫助我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展較國(guó)際更加先進(jìn)。

布局企業(yè)有哪些？

國(guó)內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈比較完備，上游核心設(shè)備包括壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、換熱器、儲(chǔ)氣裝置；中游由儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商提供集成服務(wù)，下游有安裝商和投資運(yùn)營(yíng)商，為終端輸送電力。

其中主要核心設(shè)備占到壓縮空氣儲(chǔ)能投資項(xiàng)目成本的50%以上，主要設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

壓縮機(jī)將氣體壓縮至儲(chǔ)氣容器中，應(yīng)用領(lǐng)域包括冶金、石化、制藥等領(lǐng)域，儲(chǔ)能使用的壓縮機(jī)比普通機(jī)型流量更大、壓力更高，在大型儲(chǔ)能電站中采用軸流和離心壓縮機(jī)結(jié)合機(jī)組的結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)制造廠家主要有陜鼓動(dòng)力、沈鼓集團(tuán)，國(guó)外主要有阿特拉斯·科普柯、西門子等，目前國(guó)內(nèi)單機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)壓縮機(jī)容量可以達(dá)到100MW以上，但是應(yīng)對(duì)300MW級(jí)別的項(xiàng)目就需要采取多臺(tái)串聯(lián)或并聯(lián)的方式。

膨脹機(jī)把儲(chǔ)氣容器中的壓縮氣體降壓后，將空氣勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，為提升膨脹發(fā)電系統(tǒng)效率，采用多級(jí)膨脹帶中間再熱的結(jié)構(gòu)形式，國(guó)內(nèi)廠家包括金通靈、哈電汽輪機(jī)公司等。

傳統(tǒng)設(shè)備廠商積極參與國(guó)內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，尋找業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)。陜鼓動(dòng)力與中能建數(shù)字科技集團(tuán)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，公司的軸流壓縮機(jī)產(chǎn)品完成了300MW等級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及壓縮機(jī)組的全部技術(shù)方案。金通靈與中儲(chǔ)國(guó)能合作，為貴州畢節(jié)和山東肥城項(xiàng)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(chǔ)能示范項(xiàng)目提供核心設(shè)備供應(yīng)等。根據(jù)天風(fēng)證券測(cè)算，到2025年上游核心設(shè)備累計(jì)市場(chǎng)空間有望達(dá)到185億元。

總的來說，隨著新型電力系統(tǒng)的搭建，未來長(zhǎng)時(shí)大容量?jī)?chǔ)能的需求會(huì)越來越高，儲(chǔ)能技術(shù)的大推廣總體要滿足經(jīng)濟(jì)性、安全性和高效率這幾個(gè)維度的要求。經(jīng)濟(jì)效益依賴單位成本的降低，隨著壓縮空氣儲(chǔ)能不斷提高規(guī)模容量，仍有較大的降本空間，在長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來，空氣充電寶經(jīng)濟(jì)、清潔，不受資源、地理環(huán)境限制的優(yōu)勢(shì)有望凸顯。

關(guān)鍵詞： 新機(jī)遇壓縮空氣儲(chǔ)能景氣拐點(diǎn)來了