2015年6月3日，由國家能源局指導，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）與杜塞爾多夫展覽（上海）有限公司共同主辦的“儲能?chē)H峰會(huì )2015”在北京召開(kāi)。在儲能技術(shù)分論壇上，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研究中心主任陳海生發(fā)表題為《壓縮空氣儲能技術(shù)進(jìn)展及在分布式系統中的應用》的演講，以下為演講內容。

　　中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研究中心主任 陳海生：

　　壓縮空氣儲能概述

　　儲能有很多種技術(shù)，包括化學(xué)儲能、物理儲能等。根據2014年國際能源署統計，目前抽水蓄能占絕大多數，壓縮空氣排第二位。

　　壓縮空氣儲能是將空氣壓縮，存儲于裝置中，在用電高峰時(shí)，高壓空氣從儲蓄罐中釋放出來(lái)，通過(guò)燃料燃燒，進(jìn)行發(fā)電。壓縮空氣儲能的周期不受限制，只要不存在泄漏問(wèn)題，在時(shí)間上就不受限制。壓縮空氣儲能裝置的壽命比較長(cháng)，可以達到30-50年，如果保養得當，甚至可以超過(guò)這個(gè)數據。

　　壓縮空氣儲能是抽水蓄能之外投資風(fēng)險最小、成熟度比較高的儲能方式。在成本方面，壓縮空氣儲能與抽水蓄能都是最便宜的儲能技術(shù)。在用地和用水方面，壓縮空氣也非常環(huán)保，因此在國外很受重視。

　　在研發(fā)方面，壓縮空氣儲能被分為幾類(lèi)，使用不同熱源的被稱(chēng)為燃燒燃料的壓縮空氣儲能；第二種是帶蓄熱的空氣儲能，將空氣壓縮熱進(jìn)行存儲，用電高峰將壓縮熱取出來(lái)，提高空氣的溫度；第三種是無(wú)熱源壓縮空氣儲能，一般為了減少系統投資、降低系統復雜程度，系統不采用熱源，主要用于備用電源使用，對效率不太敏感。

　　按照系統的大小，壓縮空氣儲能又被分為大型百兆瓦時(shí)、小型和千瓦級系統。研究人員根據壓縮空氣儲能系統是否可以同其他熱力循環(huán)系統耦合，在傳統壓縮空氣儲能研究中獲得了很多研究成果。

　　目前解決壓縮空氣儲能主要依賴(lài)大型儲機，將空氣液化，大幅降低體積，擺脫對大型儲能洞穴的依賴(lài)，另外也擺脫了對燃料燃燒的依賴(lài)。比較有代表性的是美國的等溫壓縮和蓄熱式壓縮空氣儲能2兆瓦級系統。

　　中國科學(xué)院工程熱物理研究所做了1.5兆瓦超臨界壓縮空氣儲能示范項目。

　　國內壓縮空氣儲能發(fā)展進(jìn)程

　　目前國內還沒(méi)有壓縮空氣儲能電網(wǎng)的商業(yè)應用，但是已經(jīng)從五個(gè)方面逐步開(kāi)展了一些相關(guān)工作，包括系統總體設計和分析、蓄熱器、放熱器、系統集成和示范、政策和商業(yè)機制研究。

　　現在國內有10家組織單位進(jìn)行了深入的系統研究，主要為三大類(lèi)：第一類(lèi)是小型百千瓦以下的，有浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、山東大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)和大唐電力等；第二類(lèi)主要做技術(shù)經(jīng)濟性分析，包括中科院工程熱物理所、華北電力大學(xué)、重慶大學(xué)和西安交通大學(xué)等；第三類(lèi)主要研究壓氣機，研究小型壓縮空氣儲能的有浙大工程物理所，漩渦式的有山東大學(xué)，向心式的是工程熱物理所。另外，中科院武漢研究所在儲熱方面做了深入工作，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在儲氣裝置方面也有一定研究。

　　集成示范方面，我國從十千瓦到百千瓦級的都有研究。浙江大學(xué)在上世紀90年代做過(guò)10千瓦左右的壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的研究，山東大學(xué)依靠渦旋式的發(fā)動(dòng)機做了研究，并得到了863項目前沿支持項目的支持。2014年，清華大學(xué)做了500千瓦的裝置，實(shí)現了超過(guò)百千瓦的裝置。大唐電力的主要進(jìn)展在系統設計上，2013年開(kāi)始在國家863項目支持下做了相關(guān)項目，目前已經(jīng)做到了200兆瓦的系統。

　　中科院熱物理所兆瓦級技術(shù)進(jìn)展

　　中科院熱物理所的壓縮空氣儲能裝置從千瓦級一直做到1.5兆瓦。

　　壓縮空氣儲能的系統過(guò)程相對比較復雜，包括系統的壓縮、膨脹、蓄冷、蓄熱、截流、相變等工作。這其中也有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：首先，不是每個(gè)過(guò)程的效率高整個(gè)系統就高，因此需要研究壓縮空氣儲能過(guò)程和系統集成；第二，壓縮空氣儲能的配件，壓縮機和膨脹機對整個(gè)系統具有十分重要的作用，因此需要揭示其內部的流動(dòng)、傳熱耦合和蓄熱方法；第三是蓄冷和傳熱特性，針對壓縮空氣儲能的特點(diǎn)，我們提出四個(gè)壓縮空氣儲能熱學(xué)分析方法和優(yōu)化算法，并在此基礎上算出設計方法，并進(jìn)行了集成的驗證實(shí)驗。

　　在膨脹機流動(dòng)特性和設計方面，我們需要了解其內部的二次流動(dòng)、漩渦和發(fā)展規律，還要了解壓縮機的機理。在設計方面，要建立新型壓縮空氣儲能的設計方法，并進(jìn)行系統部件的試驗和驗證。

　　我們曾經(jīng)提出，壓縮空氣儲能機理的損失和換熱損失機理，在儲熱階段要完成儲熱特性的機理，提出了蓄熱流動(dòng)損失。在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和技術(shù)研究基礎上，我們建立了比較完善的設計研發(fā)體系，包括設計軟件、研發(fā)平臺，涵蓋了壓縮空氣儲能關(guān)鍵技術(shù)的方方面面。

　　在集成試驗方面，我們完成了15千瓦壓縮空氣儲能系統實(shí)驗臺。從2012年開(kāi)始，我們運作了壓縮空氣組1.5兆瓦示范裝置，運行超過(guò)了1000個(gè)小時(shí)，系統效率達到了52%。

　　中科院熱物理所做的10兆瓦壓縮空氣儲能系統，目前已經(jīng)進(jìn)入部件測試階段，同時(shí)我們也在繼續進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，拓展相關(guān)的示范應用。

　　分布式供冷應用案例分享

　　分布式供冷應用項目可以降低污染物排放，實(shí)現節能減排。這種系統通過(guò)燃燒燃料，運用高溫發(fā)電，中溫制冷，低溫供熱。系統的挑戰性在于負荷波動(dòng)大，系統故障率高，迫切需要與儲能技術(shù)相結合。

　　在我們最近設計的1.5兆瓦壓縮空氣儲能耦合裝置中，左邊是燃氣輪機裝置，右邊是余熱回收和制冷。工作方式是運用壓氣機進(jìn)行充電，在放電的時(shí)候，通過(guò)輸電來(lái)壓縮空氣。這種燃機可以分布式運行，比如可以在樓宇項目中推廣。

　　在廣東的一個(gè)樓宇系統中，最高電負荷達到了1725千瓦，我們通過(guò)配備壓縮空氣儲能，實(shí)現了削峰填谷。燃氣裝機達到1252千瓦時(shí)，系統效率從23.1%提高到了26.5%，綜合效率也從18.9%提高到了29.4%。系統效率的提高，也讓總裝機大幅度下降，減少了成本上的投入。

　　目前我們在1. 5兆瓦壓縮空氣儲能系統中，效率是50%-55%，我們希望在10兆瓦時(shí)，效率達到60%-65%，單位造價(jià)降至8000元人民幣，這是我們的發(fā)展目標和對未來(lái)的預測。感謝大家！