中國首台300兆瓦壓縮氣體儲能電站並網發電

一、壓縮氣體儲能技術可解決新能源不穩定缺點 

   可再生能源中的風力和太陽能發電在世界各地發展迅速，但由於其發電量波動很大，需要搭配儲能系統才能穩定運作。現有的儲能方式裡，抽水蓄能是最穩定可靠的方法，但在選址上有先天限制；電化學儲能發展迅猛但在安全、壽命等方面還有待加強。要想建立堅實可靠的新型電力系統，還需要更多新型儲能技術的加入。其中，壓縮氣體儲能憑藉其壽命長、成本低、安全環保的特性，被認為是繼抽水儲能之後第二大適合GW（吉瓦）級大規模電力儲能的技術。壓縮氣體儲能是利用用電低谷時將氣體壓縮到鹽穴或壓力容器中，等到用電高峰時再釋放出來發電，從而提升電網調節能力和新能源消納能力的技術。它包括壓縮空氣儲能、壓縮二氧化碳儲能和其他壓縮氣體儲能。壓縮空氣儲能又分為非補燃壓縮空氣儲能（常溫高壓空氣存於鹽穴、壓力容器等）、補燃式壓縮空氣儲能（結合燃氣輪機使用）、液化壓縮空氣儲能等。二氧化碳儲能方面，是利用多餘電力將常溫、常壓的二氧化碳氣體壓縮為液體，並將壓縮過程中產生的熱能儲存起來；在用電高峰期，利用存儲的熱能加熱液態二氧化碳至氣態。同一般的壓縮空氣儲能相比，二氧化碳儲能有明顯優勢，二氧化碳常溫即可液化，可以方便實現液態存儲，不受地域條件約束，存儲成本低。該系統同樣無需使用化石燃料，不產生固體廢棄物，零碳排放，是一種綠色儲能係統。壓縮氣體儲能非常安全，以液化二氧化碳儲能為例，由於二氧化碳液化容易，因此儲存它只需幾兆帕的壓力，不用擔心高壓儲氣帶來的隱患，同時二氧化碳不易燃爆安全性就很好。存儲壓力較高的壓縮空氣儲能需要用十幾兆帕的容器，儘管如此，由於儲存介質是空氣，所以同樣不存在爆炸的風險。 

   目前單位佔地面積最小的氣液兩態二氧化碳儲能同鋰電池儲能所需的佔地面積基本相當，未來還有進一步優化的空間。另外，壓縮氣體儲能係統所需要的全部都是常規材料，儲能要用的空氣更是隨處可見，二氧化碳也是工業領域常用工質，本身易於獲取。不像電化學儲能會用到鋰、鈷這樣的稀有金屬，或是氫燃料電池要使用鉑這種貴金屬。現階段無論是壓縮空氣儲能還是氣液兩態二氧化碳儲能，中國均實現了核心設備的國產。壓縮氣體儲能係統壽命極長可達30年以上，據中國能源報報導，其他壓縮空氣儲能項目的壽命則可以達40-50年。而且與會出現衰減的電化學儲能不同，壓縮空氣儲能的周期不受限制。成本方面，氣液兩態二氧化碳儲能與採用鹽穴、壓力容器存儲高壓氣體的壓縮空氣儲能相比，成本可降低很多。想進一步降低成本那還是要從儲氣成本、系統功率等級這兩方面入手，包括儲氣材料的突破，壓縮機和透平機結構上的優化設計等。在轉換效率方面，理論上壓縮氣體儲能最高效率可以達到80%以上，但由於不可避免的損耗，估計最後可以達到70%的水平。 

二、中國最先進壓縮空氣儲能電站成功併網發電

　 中國科學院工程熱物理研究所今年4月30日稱，採用自主研發先進壓縮空氣儲能技術、具有完全自主智慧財產權的山東肥城國際首套300 MW先進壓縮空氣儲能國家示範電站首次併網發電成功，成為目前國際上規模最大、效率最高、性能最優、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站。該研發團隊突破壓縮空氣儲能系統關鍵技術，攻克多級寬負載壓縮機和多級高負載透平膨脹機技術、高效超臨界蓄熱熱交換器技術、系統全工況最佳化設計與整合控制技術，創意研發出300MW多級高負載透平膨脹機、多級寬負載壓縮機及高效能緊湊式蓄熱熱交換器等核心配備。此示範電站系統單位成本較100兆瓦下降30%以上，系統裝備自主化率達100%，實現了完全自主可控。系統效率為72.1%，工程投資14.96億元人民幣，投資建設單位為中儲國能技術有限公司。示範電站可實現連續放電6小時，年發電量約6億度，在用電高峰約20萬-30萬戶居民提供電力保障，每年可節省標準煤約18.9萬噸，減少二氧化碳排放約49萬噸，具有良好的經濟和社會效益。該示範電站利用山東省肥城市豐富的地下鹽穴資源儲氣，透過空氣為介質在電網側實現大規模電力儲能，具有規模大、效率高、壽命長、清潔無污染、安全性高等優點，能夠為電網提供調峰、調頻、調相、備用、黑啟動等電力調控功能，有效支撐電力系統平穩、高效運作。

   目前壓縮空氣儲能已在削峰填谷、再生能源併網、電網調頻、備用電源等領域有大量應用；國內研發團隊已突破了1~300MW級壓縮空氣儲能係統核心關鍵技術，擁有完全自主智慧財產權。張家口國際首套100MW先進壓縮空氣儲能電廠有效參與電網度過難關，山東肥城300MW壓縮空氣儲能電站於2023年11月11日受電成功；湖北應城300M/1500MWh壓氣儲能電廠示範工程2024年4月9日併網成功，工程轉換效率達70%。壓縮空氣儲能的產業鏈成熟，上游為設備、資源供應，核心設備包括空氣壓縮機、透平膨脹機、蓄熱/熱交換系統等，中國鹽穴資源分佈廣泛，符合壓縮空氣儲能使用條件的很多，目前主要用於儲存天然氣和石油。中游為壓儲技術提供及專案投建，壓縮空氣儲能產業已出現了中能建數科、中儲國能等創新技術代表企業，中能建數科定位為壓氣儲能領域「研投建營數」一體化企業，為大型能源央企子公司，利用雄厚的財力、工程優勢不斷攻城略地。下游則為壓縮空氣儲能應用場景，包括新能源配儲、電網側儲能、用戶側儲能等，並起到削峰填谷、再生能源併網、電網調頻、備用電源等關鍵作用。「新型儲能」今年首次寫入中國政府工作報告；發展新質生產力，聚焦8大新興產業+9大未來產業，新型儲能作為9大未來產業之一，被寫入《新產業標準化領航工程實施方案（2023—2035年）》。 2023年新型儲能發展迅速，國家能源局數據顯示，截至2023年底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規模達3139萬千瓦/6687萬千瓦時，從投資規模來看，「十四五「以來，新增新型儲能裝置直接推動經濟投資超1千億元，已成為中國經濟發展新動能。 

三、壓縮氣體儲能係統是最具發展潛力的儲能技術 

   具有規模大、適用性強、效率高、成本低、環保等優點的壓縮氣體儲能係統，被認為是最具發展潛力的大規模儲能技術之一。壓縮空氣儲能已經被寫入中國“十四五”規劃中。此外，在全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作中，壓縮空氣儲能同電化學儲能一道，被列入加強技術攻關、示範和產業化應用的新型儲能技術。學術界則更早意識到了壓縮氣體儲能技術的重要性，中國科學院院士盧強稱，壓縮空氣儲能是減少棄電、提高可再生能源利用效率的最佳方式。只需以1:10的比例配置就可在現有基礎上大幅提高風電、光伏發電等天然綠能的利用率約20%。中科院工程熱物理研究所研究員陳海生更是將壓縮空氣儲能列為唯一可與抽水蓄能相媲美的大規模儲能技術。中國能源報表示壓縮空氣儲能的規模至少要100MW，達到抽水蓄能的標準，才能發揮更大的作用。另外，效率要從現在的50%—60％提升到接近70％，這樣相比抽水蓄能和化學電池，就具有了足夠強的競爭力。與抽水蓄能相比，目前的壓縮氣體儲能項目規模顯然有些小。只要新型二氧化碳儲能的實驗項目能夠取得成功，由於受選址約束小，那就可以迅速獲得推廣，系統擴容也要相對容易，只需要增加足夠多的容器，再把壓縮機和發電透平功率做大或採用多單元製就可以了。目前，中國的二氧化碳儲能技術研發和工程化應用都處於世界領先地位，後續產業發展潛力巨大。