【壓縮機網(wǎng)】隨著(zhù)新型儲能系統建設的深入，對長(cháng)周期、高安全性以及具備物理轉動(dòng)慣量的新型儲能需求越來(lái)越迫切，壓縮空氣儲能因其優(yōu)秀的綜合性能日益受到關(guān)注。國內金壇項目的成功商業(yè)化運行，更是引爆了壓縮空氣儲能市場(chǎng)，壓縮空氣成為新一批國家新型儲能試點(diǎn)示范名單中最亮眼的技術(shù)路線(xiàn)。行業(yè)對壓縮空氣儲能等新技術(shù)路線(xiàn)的關(guān)注，體現了尋找更加安全、成熟和與電力系統相匹配的新型儲能技術(shù)路線(xiàn)的廣泛愿望。

　　一、壓縮空氣儲能原理及優(yōu)勢

　　類(lèi)似抽水蓄能，壓縮空氣儲能也是一種采用機械設備實(shí)現電能儲存和轉移的技術(shù)，兩者都遵循電能-勢能-電能的轉換流程。二者差異在于，抽水蓄能是在電能富余的時(shí)候將電能轉變?yōu)樗闹亓菽?，而壓縮空氣儲能則是將電能轉換為空氣的分子勢能（氣體分子宏觀(guān)的壓力勢能）。按照熱力學(xué)定律，壓縮空氣的過(guò)程中將產(chǎn)生熱量，而壓縮空氣膨脹做功過(guò)程中，需要進(jìn)行吸熱，所以壓縮空氣儲能存在分子壓力勢能、熱能兩個(gè)循環(huán)，而實(shí)現兩個(gè)循環(huán)的優(yōu)化匹配，是壓縮空氣儲能技術(shù)的關(guān)鍵。

　　壓縮空氣儲能成為儲能界新寵，很重要的原因在于它能與電力系統特性進(jìn)行很好的匹配。隨著(zhù)新能源發(fā)電滲透率越來(lái)越高，新型電力系統“雙高”（高比例可再生能源、高比例電力電子設備）特性日益凸顯，成為電力系統運行的根本威脅?！半p高”問(wèn)題中，前者主要帶來(lái)發(fā)用電平衡等問(wèn)題，而后者破壞了同步電網(wǎng)為主導的電力系統結構，導致低慣量、低阻尼、弱電壓支撐等問(wèn)題，使整個(gè)電力系統存在崩潰的危險，也成為新能源發(fā)展的終極壁壘。

　　與電化學(xué)儲能相比，壓縮空氣儲能是解決“雙高”問(wèn)題的良方。電化學(xué)儲能雖然有助于解決高比例可再生能源帶來(lái)的發(fā)用電平衡問(wèn)題，但電化學(xué)儲能本身也是通過(guò)電力電子設備并網(wǎng)，加劇了高比例電力電子設備并網(wǎng)的問(wèn)題。與之相比，壓縮空氣儲能系統不但具有長(cháng)時(shí)儲能特性，其機械旋轉特性也有助于解決“雙高”中的第二個(gè)問(wèn)題。

　　關(guān)于電力電子并網(wǎng)的機理，涉及到交直流方面非常專(zhuān)業(yè)的原理分析，筆者也僅略知皮毛。但形象來(lái)說(shuō)，其根本區別可以回溯至特斯拉與愛(ài)迪生的交直流電之爭，交流電戰勝直流電并不是偶然，而是基礎理論發(fā)展的必然。眾所周知，麥克斯韋方程是對電磁學(xué)的完美詮釋?zhuān)绷麟妰H是麥克斯韋方程的特殊解，或許是直流電的工程實(shí)踐并沒(méi)有完全利用電磁學(xué)的奧秘，所以帶來(lái)直流設備制造和組網(wǎng)的困難。當年的直流電機在設備復雜度上高于交流電機，其可靠性也遠不如后者，而今天借助電力電子設備的直流系統也同樣存在結構復雜、可靠性低、電壓頻率耐受能力差等問(wèn)題。

　　綜上，壓縮空氣儲能具有更強的電力系統穩定支撐能力，同時(shí)主要構成是機械部件，其運行可靠性高，不存在容量衰減等問(wèn)題，系統運行年限可以達到30-40年，也使全壽命周期成本低于鋰電儲能等新型儲能方式。

　　二、壓縮空氣儲能的發(fā)展歷程

　　2021年金壇壓縮空氣儲能電站（60MW*5小時(shí)）的投運，驗證了壓縮空氣儲能商業(yè)化應用的可行性，從而引爆了壓縮空氣儲能路線(xiàn)的崛起。當然，壓縮空氣的發(fā)展也經(jīng)歷了艱難的歷程，其中中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)電機系教授盧強及其團隊起到了決定性的推進(jìn)作用。

　　1949年，德國就提出了壓縮空氣儲能電站的概念，美國、英國、德國均先后建設了壓縮空氣儲能工程，但早期一般采用補燃的技術(shù)路線(xiàn)，即不對壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱能進(jìn)行儲存，而在發(fā)電時(shí)通過(guò)天然氣等燃料進(jìn)行補燃，由于熱量散失嚴重，該技術(shù)路線(xiàn)綜合效率較低，詳見(jiàn)圖3。

　　為克服補燃式壓縮空氣儲能的缺點(diǎn)，清華大學(xué)盧強院士團隊提出高效率非補燃的先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能系統，與補燃式的主要區別在于，非補燃路線(xiàn)對壓縮產(chǎn)生的熱進(jìn)行儲存，并在空氣膨脹做功的過(guò)程中將熱量進(jìn)行回饋。先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能又可分為高溫絕熱式和中溫絕熱式兩個(gè)不同技術(shù)路線(xiàn)。當前，由于高溫壓縮機對工藝的要求極高，實(shí)現難度非常大，已開(kāi)展的先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能工程均采用中溫技術(shù)路線(xiàn)（原理詳見(jiàn)圖4）。

　　經(jīng)過(guò)分階段的技術(shù)研發(fā)和應用，盧強院士、梅生偉教授團隊經(jīng)過(guò)十幾年的努力，終于使先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能成為現實(shí)。具體發(fā)展過(guò)程可大致分為以下三個(gè)階段：

　?。?）非補燃先進(jìn)絕熱的首次應用。2012年，在國家電網(wǎng)的支持下，清華大學(xué)聯(lián)合中國電力科學(xué)研究院、中科院理化所，在國內率先開(kāi)展非補燃壓縮空氣儲能的技術(shù)驗證和工程實(shí)踐，于2014年在安徽蕪湖市建成了裝機為500kW的非補燃壓縮空氣儲能電站。該電站是國內首個(gè)非補燃技術(shù)路線(xiàn)的成功應用，也是國內首個(gè)系統完善和實(shí)現并網(wǎng)運行的壓縮空氣儲能電站。電站儲熱系統以加壓水作為儲熱介質(zhì)，蓄熱溫度為120℃，電-電效率為41%。

　?。?）新的儲熱技術(shù)的應用。通過(guò)提升壓縮機排氣溫度，并進(jìn)行更高溫度的存儲，能大幅提升壓縮空氣儲能的效率。2017年，清華大學(xué)壓儲團隊聯(lián)合青海大學(xué)在青海西寧建成了100kW新一代非補燃壓縮空氣儲能電站，該技術(shù)應用了導熱油進(jìn)行儲熱，相對蕪湖項目?jì)釡囟雀?。同時(shí)創(chuàng )新應用當地太陽(yáng)能資源，采用光熱的方式進(jìn)行補熱。盡管該電站裝機容量小，但仍然實(shí)現了51%的電-電效率，也驗證了更高溫度儲熱在大規模壓縮空氣儲能項目中的應用可行性。

　?。?）商業(yè)化應用邁出重要一步。鑒于清華大學(xué)在先進(jìn)儲熱壓縮空氣儲能技術(shù)方面取得的研究和實(shí)踐成果，2017年國家能源局批復立項江蘇金壇壓縮空氣儲能技術(shù)，由清華大學(xué)、中鹽集團和華能聯(lián)合建設，項目一期建設60MW*5h鹽穴壓縮空氣儲能電站，未來(lái)將分期建設總容量為1000MW的電站集群。2022年電站整體并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)，項目已實(shí)現商業(yè)化運行并正式納入江蘇省調調度運行范圍。目前已完成超過(guò)400個(gè)完整的“儲能+發(fā)電”循環(huán)，累計發(fā)電1.6億千瓦時(shí)。項目整體性能優(yōu)良，各子系統性能達到或優(yōu)于設計指標，經(jīng)第三方權威機構測試，電-電效率為62.3%。金壇電站的成功，正式按下了壓縮空氣儲能發(fā)展的快捷鍵。

　　在上述成績(jì)的基礎上，清華大學(xué)仍在不斷夯實(shí)在該領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢，通過(guò)采用恒壓壓縮空氣、高溫儲熱等技術(shù)創(chuàng )新，正在向更大容量、更高效率和更低成本邁進(jìn)。

　　三、行業(yè)爆發(fā)與異軍突起

　　金壇項目的成功商業(yè)化應用，成為我國壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)起步的爆發(fā)點(diǎn)。據不完全統計，山東、河南、河北、江蘇、內蒙古、青海等12省規劃、在建項目超過(guò)30個(gè)，合計規模達到8GW。2023年年底，國家能源局公示新一批新型儲能試點(diǎn)示范項目，共有56個(gè)項目列入，該名單包含了壓縮空氣、全釩液流、重力儲能、飛輪等多種項目類(lèi)型，其中壓縮空氣儲能項目達到11個(gè)（不含二氧化碳儲能），成為最亮眼的新型儲能技術(shù)路線(xiàn)。

　　壓縮空氣儲能行業(yè)也涌現出了中能建數科、中儲國能等專(zhuān)注壓儲技術(shù)研發(fā)和工程服務(wù)的企業(yè)。前者作為大型能源央企，利用雄厚的財力和工程優(yōu)勢不斷攻城略地，而后者通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新和理念宣傳，一度在資本市場(chǎng)掀起一陣旋風(fēng)。

　　但縱觀(guān)產(chǎn)業(yè)圈，先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)的首創(chuàng )者——清華系似乎略顯低調。但故事并非如此簡(jiǎn)單，2023年11月14日，三峽國水集團發(fā)布了一則壓縮空氣儲能應用示范項目的中標公告，中標聯(lián)合體就包括清華大學(xué)，另外還有安徽佑賽科技股份有限公司，值得大家關(guān)注。據悉，佑賽科技也支撐了多個(gè)壓縮空氣儲能項目納入此次國家能源局公布的新型儲能試點(diǎn)示范名單。

　　與中儲國能揚名于資本市場(chǎng)不同，佑賽科技似乎知名度較低，但通過(guò)草蛇灰線(xiàn)不難尋見(jiàn)其清華傳承。相關(guān)信息顯示，安徽佑賽科技創(chuàng )始人、董事長(cháng)陳任峰正是盧強院士的博士和博士后，安徽佑賽的常務(wù)副總、技術(shù)副總等高管團隊基本來(lái)自清華大學(xué)電機系，并且大多來(lái)自盧強院士課題組。

　　2023年8月份，佑賽科技常務(wù)副總譚偉在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)，就透露佑賽科技科研力量源于盧強院士團隊，正是盧院士指導創(chuàng )建了佑賽科技，其本人也曾擔任佑賽科技首席技術(shù)顧問(wèn)。正是在盧院士號召下，源源不斷的清華學(xué)子加入團隊，立志建成佑賽的“清華天團”。

　　迥異于互聯(lián)網(wǎng)、金融行業(yè)的出名要趁早，能源行業(yè)如果沒(méi)有一定的經(jīng)驗歷練，是沒(méi)有什么發(fā)言權的，而當前正是80一代嶄露頭角的當口。來(lái)自清華電機系的80后高管團隊，都有著(zhù)近20年能源行業(yè)學(xué)習從業(yè)經(jīng)歷，對電力系統和新能源行業(yè)發(fā)展有獨到的理解，他們也大多親歷了壓縮空氣儲能研究和實(shí)踐的過(guò)程，用“清華傳承、十年磨劍”來(lái)形成佑賽科技在壓儲方面的布局再恰當不過(guò)。

　　誠如“行勝于言”的清華校風(fēng)，在新型儲能市場(chǎng)風(fēng)起云涌之際，佑賽科技以沉默的姿態(tài)致力于技術(shù)研發(fā)、市場(chǎng)開(kāi)拓和力量整合。就像火山一樣，沉默雖然是其常態(tài)，但火山不會(huì )一直沉默下去。在壓縮空氣儲能市場(chǎng)的初步亮相，正是佑賽科技釋放力量的開(kāi)始。如譚偉所言：“將在清華10余年所學(xué)所得，應用到實(shí)業(yè)當中，為能源行業(yè)發(fā)展貢獻佑賽力量、貢獻清華力量，真正踐行自強不息、厚德載物的清華校訓！”這也成為佑賽科技領(lǐng)軍壓縮空氣儲能領(lǐng)域的宣言！

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