中國儲能網(wǎng)訊：在全球應(yīng)對氣候變化的共同努力下，清潔能源的發(fā)展已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。中國作為世界上最大的能源消費國，也在積極推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，力爭在2030年前實現(xiàn)碳排放峰值，并在2060年前實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。這一戰(zhàn)略目標(biāo)不僅對能源生產(chǎn)和消費方式提出了新的要求，也對能源儲能技術(shù)提出了更高的需求。
在清潔能源的大規(guī)模應(yīng)用中，風(fēng)能和太陽能由于其間歇性和波動性，如何有效地儲存并平衡供需成為一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的電網(wǎng)雖然能夠傳輸電能，但卻無法儲存電能，因此，大規(guī)模的儲能技術(shù)應(yīng)運而生。而在這些技術(shù)中，壓縮空氣儲能（CAES）憑借其規(guī)模大、成本相對較低的優(yōu)勢，成為了解決清潔能源儲存難題的有力工具。
1 壓縮空氣儲能的基本原理
壓縮空氣儲能的基本原理相對簡單卻非常高效。在電力需求較低的時段，風(fēng)能、太陽能等多余電能被用來驅(qū)動壓縮機(jī)，將空氣壓縮并儲存在地下的硬巖儲庫中；在電力需求高峰時，儲存的壓縮空氣被釋放，驅(qū)動膨脹機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，進(jìn)而將儲存的能量重新轉(zhuǎn)化為電能。
地下硬巖儲庫作為壓縮空氣儲能的核心，承擔(dān)著高壓空氣的儲存任務(wù)。相比于其他類型的儲庫，硬巖儲庫具有更好的安全性和適應(yīng)性，特別是在中國的東北、華北等資源豐富但地形條件復(fù)雜的地區(qū)，硬巖儲庫的應(yīng)用前景廣闊。
2 硬巖儲庫的挑戰(zhàn)與研究進(jìn)展
2.1 氣密性能
在硬巖儲庫中，氣密性能直接影響到儲能系統(tǒng)的效率和安全性。由于硬巖地層中不可避免地存在各種裂縫和不連續(xù)面，如何確保高壓空氣的有效封閉成為一大挑戰(zhàn)。近年來，通過采用混凝土襯砌、鋼襯及高分子材料等不同的密封結(jié)構(gòu)，研究人員取得了顯著進(jìn)展。然而，如何在經(jīng)濟(jì)性和氣密性之間找到最佳平衡點，仍是當(dāng)前研究的重點。
2.2 熱力過程
在壓縮空氣的充放氣過程中，空氣溫度會發(fā)生劇烈變化，這不僅影響儲庫的氣密性，還可能導(dǎo)致儲庫的結(jié)構(gòu)變形和材料疲勞。因此，準(zhǔn)確描述和預(yù)測這一過程中涉及的熱力過程成為保障儲庫安全和效率的關(guān)鍵。通過實驗研究和數(shù)值模擬，研究人員已經(jīng)初步揭示了溫度變化對儲庫系統(tǒng)的影響，但在實際工程中，仍需進(jìn)一步的優(yōu)化和驗證。
2.3 穩(wěn)定性與安全性
硬巖儲庫在長期運行中會承受反復(fù)的高壓和高溫循環(huán)，這對其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出了嚴(yán)峻考驗。尤其是在運行多年后，儲庫內(nèi)部可能出現(xiàn)微裂隙，這些裂隙在反復(fù)的應(yīng)力作用下可能逐漸擴(kuò)展，最終影響儲庫的安全性。當(dāng)前的研究主要集中在如何通過設(shè)計優(yōu)化和材料選擇，提升硬巖儲庫的長期穩(wěn)定性。
3 中國壓縮空氣儲能的發(fā)展現(xiàn)狀與展望
3.1 當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀
中國的壓縮空氣儲能技術(shù)雖然起步較晚，但近年來在政策支持和技術(shù)進(jìn)步的推動下，取得了顯著的發(fā)展。特別是在“雙碳”目標(biāo)的推動下，壓縮空氣儲能技術(shù)逐漸從實驗室研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，并開始在各類清潔能源項目中扮演關(guān)鍵角色。
首先，湖南省的平江壓縮空氣儲能示范項目無疑是中國壓縮空氣儲能領(lǐng)域的重要里程碑。該項目是中國首個在硬巖地層中建造的淺埋儲氣硐室，旨在驗證硬巖儲庫在高壓條件下的氣密性、熱力過程以及長期穩(wěn)定性。通過這一項目，研究人員積累了寶貴的施工和運行經(jīng)驗，特別是在如何應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)條件、確保儲庫氣密性等方面取得了重要進(jìn)展。平江項目的成功為今后類似地質(zhì)條件下的儲能項目提供了有效的技術(shù)參考。
另一項值得關(guān)注的工程是山西大同云岡壓縮空氣儲能項目。該項目創(chuàng)新性地利用廢棄礦井進(jìn)行改造，將原本閑置的地下空間轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У膲嚎s空氣儲能庫。這不僅大幅降低了建設(shè)成本，還充分體現(xiàn)了資源再利用的環(huán)保理念。在項目實施過程中，通過先進(jìn)的密封技術(shù)和結(jié)構(gòu)加固措施，項目團(tuán)隊成功解決了廢棄礦井的氣密性和安全性問題，實現(xiàn)了穩(wěn)定的儲能和能量釋放。云岡項目的實施為廢棄礦井的再利用提供了新思路，展示了壓縮空氣儲能技術(shù)在特定場景下的廣闊應(yīng)用前景。
此外，山東省濟(jì)寧壓縮空氣儲能項目也是中國在該領(lǐng)域的重要工程之一。作為目前中國規(guī)模較大的示范項目，濟(jì)寧項目結(jié)合了先進(jìn)的儲能材料與智能化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對大規(guī)模風(fēng)電、光電的高效儲存和調(diào)度。該項目特別強(qiáng)調(diào)儲庫的長周期穩(wěn)定性和低泄漏率，在項目運行過程中，通過對密封材料的優(yōu)化和智能化系統(tǒng)的集成管理，成功將空氣泄漏率控制在極低范圍內(nèi)。濟(jì)寧項目不僅展示了中國在壓縮空氣儲能技術(shù)上的創(chuàng)新能力，也為未來更大規(guī)模的儲能電站建設(shè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
隨著壓縮空氣儲能技術(shù)在全國范圍內(nèi)的推廣，越來越多的示范項目正在規(guī)劃和建設(shè)中。例如，在中國西北地區(qū)，多個新建的壓縮空氣儲能項目已經(jīng)進(jìn)入可行性研究階段，這些項目將充分利用當(dāng)?shù)刎S富的風(fēng)能資源，結(jié)合先進(jìn)的儲能技術(shù)，進(jìn)一步提高風(fēng)電的利用率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。未來，隨著更多項目的建成和投入使用，中國在壓縮空氣儲能領(lǐng)域的工程實踐將更加豐富，技術(shù)水平也將進(jìn)一步提升。
3.2 挑戰(zhàn)與機(jī)遇
盡管壓縮空氣儲能技術(shù)在中國發(fā)展迅速，但要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，仍然面臨著一系列挑戰(zhàn)。首先是成本問題。目前，壓縮空氣儲能的初始投資較高，特別是在硬巖儲庫的建設(shè)中，密封性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的技術(shù)要求導(dǎo)致施工難度大，成本高昂。這使得該技術(shù)在大規(guī)模推廣中面臨經(jīng)濟(jì)性的挑戰(zhàn)。
其次，技術(shù)成熟度仍需進(jìn)一步提升。雖然硬巖儲庫在氣密性、熱力管理和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但在實際的長周期運行中，這些技術(shù)的可靠性和耐久性仍需通過更多的工程實踐來驗證。例如，如何有效降低儲庫的空氣泄漏率、如何確保儲庫在高壓和高溫條件下的長期穩(wěn)定運行，這些都是亟待解決的問題。
然而，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。隨著清潔能源比例的不斷提高，電力系統(tǒng)對大規(guī)模儲能的需求也在迅速增加，這為壓縮空氣儲能技術(shù)提供了廣闊的市場空間。特別是在中國風(fēng)光資源豐富但水資源匱乏的區(qū)域，壓縮空氣儲能是少數(shù)能夠有效應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的技術(shù)之一。
3.3 未來展望
展望未來，隨著技術(shù)的逐步成熟和成本的不斷降低，壓縮空氣儲能有望在中國實現(xiàn)更大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。政策的持續(xù)支持也將為這一技術(shù)的推廣提供強(qiáng)有力的保障。例如，國家層面的能源發(fā)展戰(zhàn)略中已經(jīng)明確提出，要加快推動包括壓縮空氣儲能在內(nèi)的先進(jìn)儲能技術(shù)的發(fā)展，這為行業(yè)發(fā)展指明了方向。
