环保的压缩空气储能

　　储能有很多种技术，包括化学储能、物理储能等。根据2014年国际能源署统计，目前抽水蓄能占绝大多数，压缩空气储能紧随其后。

　　压缩空气储能是将空气压缩存储于装置中，在用电高峰时，高压空气从储蓄罐中释放出来，通过燃料燃烧，进行发电。只要不存在泄漏问题，压缩空气储能的周期不受限制。压缩空气储能装置的寿命比较长，可以达到30～50年，如果保养得当，甚至可以超过这个年限。

　　压缩空气储能是抽水蓄能之外投资风险最小、成熟度比较高的储能方式。在成本方面，压缩空气储能与抽水蓄能都是最便宜的储能技术。在用地和用水方面，压缩空气则非常环保，在国外很受重视。

　　在研发方面，压缩空气储能被分为三类，使用不同热源的被称为燃烧燃料的压缩空气储能；第二种是带蓄热的空气储能，将空气压缩热进行存储，用电高峰将压缩热取出来，提高空气的温度；第三种是无热源压缩空气储能，一般为了减少系统投资、降低系统复杂程度，系统不采用热源，主要用于备用电源使用，对效率不敏感。

　　按照系统的大小，压缩空气储能又被分为大型百兆瓦级和小型千瓦级系统。研究人员根据压缩空气储能系统是否可以同其他热力循环系统耦合，在传统压缩空气储能研究中获得了很多研究成果。

　　目前解决压缩空气储能主要依赖大型储机，将空气液化，大幅降低体积，摆脱对大型储能洞穴的依赖，另外也摆脱了对燃料燃烧的依赖。比较有代表性的是美国的等温压缩和蓄热式压缩空气储能2兆瓦级系统。

　　国内压缩空气储能研发进展

　　目前国内还没有压缩空气储能电网的商业应用，但是已经从五个方面逐步开展了一些相关工作，包括系统总体设计和分析、蓄热器、放热器、系统集成和示范、政策和商业机制研究。

　　现在国内有10家组织单位进行了深入的系统研究，主要分为三大类：第一类是研究小型百千瓦以下的，有浙江大学、西安交通大学等；第二类主要做技术经济性分析，包括中科院工程热物理所、华北电力大学等；第三类主要研究压气机，研究小型压缩空气储能的有浙大工程物理所，漩涡式的有山东大学，向心式的是中国科学院工程热物理研究所。另外，哈尔滨工业大学在储气装置方面也有一定研究。

　　集成示范方面，我国从十千瓦级到百千瓦级都有研究。浙江大学在上世纪90年代做过10千瓦左右的压缩空气动力汽车的研究，山东大学依靠涡旋式的发动机作出研究，并得到了“863”项目前沿项目的支持。2014年，清华大学做了500千瓦的装置，实现了超过百千瓦的装置。

　　中科院工程热物理所兆瓦级技术进步显著

　　中科院工程热物理所的压缩空气储能装置从千瓦级一直做到了现在的1.5兆瓦。

　　压缩空气储能的系统过程相对比较复杂，包括系统的压缩、膨胀、蓄冷、蓄热、截流、相变等工作。这其中也有几个关键点：首先，不是每个过程的效率高，整个系统效率就高，因此需要研究压缩空气储能过程和系统集成；第二，压缩空气储能的配件，压缩机和膨胀机对整个系统具有十分重要的作用，因此需要揭示其内部的流动、传热耦合和蓄热方法；第三是蓄冷和传热特性，针对压缩空气储能的特点，中科院工程热物理所提出四个压缩空气储能热学分析方法和优化算法，并在此基础上算出设计方法，并进行了集成的验证实验。

　　在膨胀机流动特性和设计方面，我们需要了解其内部的二次流动、漩涡和发展规律，还要了解压缩机的机理。在设计方面，要建立新型压缩空气储能的设计方法，并进行系统部件的试验和验证。

　　研究人员曾经提出，压缩空气储能机理的损失和换热损失机理，在储热阶段要完成储热特性的机理，提出了蓄热流动损失。在关键技术研发和技术研究基础上，中科院工程热物理所建立了比较完善的设计研发体系，包括设计软件、研发平台，涵盖了压缩空气储能关键技术的方方面面。

　　在集成试验方面，中科院工程热物理所完成了15千瓦压缩空气储能系统实验台。从2012年开始，我们运作了压缩空气组1.5兆瓦示范装置，运行超过了1000个小时，系统效率达到了52%。

　　中科院工程热物理所做的10兆瓦压缩空气储能系统，目前已经进入部件测试阶段，同时我们也在继续进行技术研发，拓展相关的示范应用。

　　分布式供冷应用案例分享

　　分布式供冷应用项目可以降低污染物排放，实现节能减排。这种系统通过燃烧燃料，运用高温发电，中温制冷，低温供热。系统的挑战性在于负荷波动大，系统故障率高，迫切需要与储能技术相结合。

　　在中科院工程热物理所最近设计的1.5兆瓦压缩空气储能耦合装置中，左边是燃气轮机装置，右边是余热回收和制冷。工作方式是运用压气机进行充电，在放电的时候，通过输电来压缩空气。这种燃机可以分布式运行，比如可以在楼宇项目中推广。

　　在广东的一个楼宇系统中，最高电负荷达到了1725千瓦，研究人员通过配备压缩空气储能，实现了削峰填谷。燃气装机达到1252千瓦时，系统效率从23.1%提高到26.5%，综合效率也从18.9%提高到29.4%。系统效率的提高，也让总装机大幅度下降，减少了成本投入。

　　目前我们在1.5兆瓦压缩空气储能系统中，效率是50%～55%，我们希望在10兆瓦时，效率达到60%～65%，单位造价降至8000元人民币，这是我们的发展目标和对未来的预测。