压缩空气储能的定位与发展VIP

内容来源:

国际能源研究中心江苏能源行业协会“3060”欢迎广告合作306030603060压缩空气储能技术简介压缩空气储能（CompressedAirEnergyStorage，CAES）是一种大型物理储能技术，在电网负荷低谷期间，通过压缩机压缩空气，将高压空气存储在储气库中，同时，压缩热由储热介质进行回收；在电网高负荷期间放出储气库内高压气体在空气透平中膨胀做功，驱动发电机向电网输送电能。压缩空气储能技术路线有补燃式和非补燃式。国外早期的压缩空气储能电站，如德国的Huntorf电站（1978年）、美国的Mclntosh电站（1991年），均采用补燃式技术路线：基于燃气轮机技术开发，即将高压空气与天然气在燃烧室内燃烧，通过燃气轮机驱动发电机发电。与补燃式压缩空气储能技术相比，非补燃式系统的能量转换效率比补燃式系统高10%～20%，且无污染、零碳排，更加符合节能、低碳、环保的时代要求。近年来，国内中科院、清华大学、中国能源建设集团分别开发出不同容量等级、不同蓄热形式的非补燃式压缩空气储能技术路线，并且已实现60MW井井盐穴压缩空气储能国家示范项目商业运行，同时，全国有多个100MW～300MW装机容量的压缩空气储能电站在建项目[4-5]。我国在非补燃式压缩空气储能领域的工程应用方面世界领先。因此，笔者认为我国应以发展非补燃式压缩空气储能电站为主。图1为非补燃式压缩空气储能系统原理图，非补燃式压缩空气储能发电系统，由压缩环节、换热环节、储热环节、发电环节四个环节组成，主要设备包括压缩机、级间换热器、冷热储罐、储气装置及空气透平等。非补燃式压缩空气储能技术具有以下特点：（1）选址灵活，可选择多种的储气装置：可选用天然或人工盐穴、煤矿巷道、地下人工硐室、压力容器或管线钢阵列等，随着建造成本降低，可以逐步摆脱地理条件限制。（2）储能效率较高：运行效率高达60%～70%。（3）环境友好：无污染，零碳排。（4）单位成本较低：系统大规模产业化后的成本约4000-6500元/kW或1000-1500元/kWh，同抽水蓄能系统单位成本基本相当，低于其他储能技术。（5）系统寿命长：系统寿命为30-50年，其中间无需新增大规模投资。不同类型储能技术对比综合考虑技术成熟度、发展状况以及后续规模化推广潜力，抽水蓄能、压缩空气储能及电化学储能将是储能产业的主要发展方向。表1重点对比分析了压缩空气储能、抽水蓄能、及锂电池储能的技术特点。

表1

主要储能技术对比表压缩空气储能抽水蓄能锂电池储能功率等级50-300MW100-2000MW1kW-100MW合适储存期数分-数月数小时-数月数秒-数小时释能时间1~24+小时1~24+小时数秒~数小时效率60-70%71-80%90-97%寿命（年）30-4040-605-15造价4500～8000元/kW或1200元/kWh6000～8000元/kW1400元/kWh运行特性启动至满负荷需10分钟从静止到满载只需2-2.5min启动时间毫秒级安全性安全性高存在爆破、高边坡施工等高风险作业，整体安全形势严峻过热存在火灾及爆炸风险环保性无污染排放，环境友好影响生态系统电池回收建设周期供货周期10个月项目建设周期13个月左右以溧阳抽水蓄能电站为例，筹备期20个月，项目建设周期80个月供货周期2个月，项目建设周期4个月成熟度设备需研发技术成熟，装机规模最高应用业绩多，成熟度高地理位置采用盐穴储气时，厂址位置限制；采用人工造穴或储气罐时，厂址位置不受限选址受限选址无限制电化学储能属于能量型储能，特点是快充快放（毫秒级响应），特别适合参与电网的一次调频过程，消除风、光出力的锯齿状波动，平滑功率曲线，提升电力品质。同时也能短时弥补部分电力缺口。缺点是造价高、寿命短，存在消防、安全、环保方面的不利因素。抽水蓄能属于功率型储能，优点是效率高、响应快，具有较大的转动惯量。具备分钟级响应和长时间放电的负荷响应特性，能实现旋转备用、黑启动等功能，对电网的功率、频率平衡和稳定运行具有重要作用，是理想的储能形式。缺点是选址受场地条件制约、建设周期长。压缩空气储能同样属于功率型储能，抽水蓄能具有的功能和特点它同样具备。在现有技术研发阶段，系统效率略低于抽水蓄能，系统响应时间在十分钟左右，略慢于抽水蓄能（当采用旋转备用运行时，响应时间2～3分钟）。优点是受场地条件制约小，建设周期短，工程造价随着规模化发展将低于抽蓄，具有良好的示范意义和推广价值。《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中明确指出，“十四五”期间全国新型储能装机规模达到3000万千瓦以上。预计远期2060年，装机规模将会超12亿千瓦，储能时长需求将超过10小时。构建以新能源为主体的新型电力系统，既需要能量型储能，也需要功率型储能。压缩空气储能将以其灵活的储气形式、快速的建设时间、平价的建设成本在未来将占据较大的市场空间，成为抽水蓄能电站的有益补充。应用场景

目前的政策和市场条件下，压缩空气储能电站主要应用场景为电网侧和新能源侧储能。（1）电力系统安全运行的稳定器：在电网调峰压力大，峰谷价差较大地区建设压缩空气储能电站，凭借其提供调频调峰、无功调节、旋转备用、应急电源、黑启动等功能，补充抽水蓄能电站提供电力辅助服务，接受电力系统统一调度，有效保障电网的安全稳定运行。（2）新能源接入电网的优化器：在新能源资源富集地区布局压缩空气储能电站，可优化可再生能源外送曲线，有效规避以风光为主的新型电力系统存在的波动性和随机性等突出问题，提高新能源场站的电网友好性，提升电网对可再生能源的消纳能力。（3）特高压绿电外送的适配器：与新能源+火电打捆送出相比，压缩空气储能技术在提高特高压电网输送能力的同时，可减少对传统火电的依赖，实现西部100%绿电外送，助力我国“西电东送”特高压输电通道建设。经济性分析从技术层面分析来看，单套300MW级压缩空气储能电站成本目前约为6300元/kW，系统效率可达70%，项目总投资约18亿元，未来可降至4500元/kW。