纯干货｜压缩空气储能技术原理、实现方法及未来展望

  本文介绍了空气压缩设备的发展状况，总结了绝热压缩设备效率的不足，分析了螺杆式空压机提升能效的重要的条件。比较了压缩空气储能所经历的传统燃气补热压缩、非燃气补热的绝热压缩、等温压缩等阶段不一样的储能原理和效率，介绍了等温压缩空气储能的实现方法和进展，并结合当前专利情况展望了未来压缩空气储能的技术发展方向。

  目前可实现商业化大规模运行的储能技术只有抽水蓄能和压缩空气储能技术。两者相比而言，压缩空气储能电站选址较灵活、对地理环境等客观条件要求宽松，因而受到愈来愈普遍的重视，有可能成为未来大规模储能技术的主要发展方向。

  目前常用的空气压缩机大致上可以分为透平式空气压缩机、活塞式空气压缩机及螺杆式空气压缩机。透平式设备结构相对比较简单，在高压下表现出很高的效率。Atlas Copco公司空压机生产技术成熟，全球占有率最高，旗下透平式空压机最大排气压力可达20 MPa;活塞式设备通过选择正真适合的密封方式，能够达到较高的压力，CompAir 公司旗下活塞式空压机最大排气压力可达41.4MPa;螺杆式压缩机由于其较高的工作效率，在压缩机领域逐渐占据了主导地位，但由于螺杆式压缩机随着压强不断升高，密封处理愈发困难，目前尚没办法实现较高压力等级。美国SullAir公司是全球最大的螺杆式空气压缩机制造厂，其旗下螺杆式空压机最大排气压力仅为1.3 MPa。

  压缩空气储能技术可分为3个阶段，第1阶段始于20世纪70年代，是以燃气发电为基础展开的。之前已有德国和美国的两个大型电站采用这种方法实现了商业化运行，但储能效率只有50%左右，且真实发电效率更低以致没有正真获得进一步推广。

  第2阶段始于20世纪90年代，是以避免无谓热量散失，提高发电效率为基础展开的。新方法摒弃燃气补热方式，利用分级压缩并增加中间热交换介质等手段将压缩过程中产生的热量储存于介质中，在发电过程中为气体补热升温所用，减少额外热量需求，来提升整体运行效率。而改良技术的大型化设计却遇到困难，成本也大幅度上升，因此这种技术并没有成功的商业化运行示范。

  第3阶段始于21世纪，以等温压缩空气储能技术为代表的新一代压缩空气储能技术被提出，通过液体活塞、液压活塞配合液压马达等技术来替代传统的燃气轮机和空压机技术发电，通过液体比热大的特点抑制气体气温变化，理论上可以大幅度提升效率。

  燃气补热的传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机发电系统改造(如图1)而成的，在其基础之上将压缩与膨胀过程拆开，可分时完成，压缩后产生的高压气体可存储于储气室中(如图2)。

  自1949年压缩空气储能技术被Stal Laval提出至今，世界上已有2个实现商业化运行的压缩空气储能电站，第1座是位于德国洪托夫的Huntorf电站，第2座是位于美国奥拉巴马州的Mclntosh电站。日本也在北海道空知郡建成一座压缩空气储能试验电站。目前国外建成的压缩空气储能电站基本上属于此种类型，在发电环节采用燃气补热的方式提高发电效率，而储气室多利用可溶性盐层形成的地下洞穴。

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