與抽水蓄能的思路類似，空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)用電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組，把電能轉(zhuǎn)換為空氣內(nèi)能，壓縮后的空氣可以被儲(chǔ)藏在地下洞穴內(nèi)，這是目前唯一能在規(guī)模上跟抽水蓄能相媲美的方案，并且響應(yīng)速度比抽水蓄能更高。
那么，為什么要建設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)呢？又為什么要發(fā)展壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)呢？
現(xiàn)行的電力系統(tǒng)由原材料、發(fā)電、輸電、配電和用電這五大價(jià)值鏈組成。用消費(fèi)品零售業(yè)來(lái)做類比的話，就好比原料、生產(chǎn)、運(yùn)輸、分配和消費(fèi)都有了，唯獨(dú)沒(méi)有倉(cāng)儲(chǔ)這個(gè)環(huán)節(jié)。
電力系統(tǒng)用戶端每日的用電負(fù)荷是波動(dòng)變化的，且峰谷差日趨增大。為了滿足要求，當(dāng)前的發(fā)電裝機(jī)容量與電網(wǎng)容量需要按最大需求建設(shè)，發(fā)電端根據(jù)用電端的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷進(jìn)行匹配。在用電低谷時(shí)，發(fā)電機(jī)組停機(jī)或低負(fù)荷運(yùn)行，這導(dǎo)致發(fā)電裝機(jī)容量和電網(wǎng)容量的利用率低。
不僅如此，這種現(xiàn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡存在風(fēng)險(xiǎn)，比如近年來(lái)在印度、韓國(guó)、美國(guó)、英國(guó)等地都發(fā)生了大面積停電事故。增加儲(chǔ)能系統(tǒng)為電力系統(tǒng)提供緩沖，不失為有效的解決方案之一。
據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2050年，我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)將達(dá)到200GW以上，占電力總裝機(jī)的比例將提高至10%~15%，可以催生一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的產(chǎn)業(yè)。
儲(chǔ)能技術(shù)可將間斷、不穩(wěn)定、不可控的可再生能源發(fā)電儲(chǔ)存起來(lái)，再按照需求平穩(wěn)、可控地釋放，具有平滑波動(dòng)、跟蹤調(diào)度輸出、調(diào)峰調(diào)頻等功能，可促進(jìn)可再生能源電力大規(guī)模并網(wǎng)，有效解決棄風(fēng)、棄光問(wèn)題。
分布式能源系統(tǒng)是未來(lái)高效、低碳、高安全性能源系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。可是，分布式能源系統(tǒng)相較于大電網(wǎng)，具有負(fù)荷波動(dòng)大、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力差、故障率高等問(wèn)題。
儲(chǔ)能技術(shù)可作為負(fù)荷平衡裝置及備用電源，有效解決上述問(wèn)題，提高分布式能源系統(tǒng)供電的可靠性、穩(wěn)定性。并且規(guī)模大、單位成本低、壽命長(zhǎng)、安全環(huán)保，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的碳中和。
因此，儲(chǔ)能技術(shù)被稱為“能源革命的支撐技術(shù)”。
有了壓縮空氣儲(chǔ)能充當(dāng)穩(wěn)壓器，可以將可再生能源、分布式能源產(chǎn)生的急劇波動(dòng)的低質(zhì)量電能“變廢為寶”“點(diǎn)石成金”，從而促進(jìn)可再生能源、分布式能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，社會(huì)效益巨大。
在用電低谷時(shí)段，利用電能將空氣壓縮至高壓并存于洞穴或壓力容器中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái)；在用電高峰時(shí)段，將高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放，進(jìn)入燃燒室燃燒利用燃料燃燒加熱升溫后，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。
一套完整的壓縮空氣系統(tǒng)五大關(guān)鍵設(shè)備組成：由壓縮機(jī)、冷卻器、壓力容器、回?zé)崞鳌u輪機(jī)以及發(fā)電機(jī)。各部件作用如下，
壓縮機(jī)：將空氣壓縮，將電能轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能，空氣壓力可達(dá)70-100 bar，溫度可達(dá) 1000 ° C；
冷卻器：熱交換設(shè)備，用于存入壓力容器前的冷卻，防止空氣在壓力容器或洞穴中壓力減少
壓力容器：存儲(chǔ)冷卻后的空氣，若采用洞穴存儲(chǔ)，則需要滿足耐壓程度較高、密封性較好的地質(zhì)條件
回?zé)崞鳎?/strong>熱交換設(shè)備或燃燒室，將空氣溫度提高至1000℃左右，使渦輪機(jī)持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，以便于提高渦輪機(jī)效率。
渦輪機(jī)：空氣通過(guò)渦輪機(jī)降壓，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
發(fā)電機(jī)：多為同步發(fā)電機(jī)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能
目前壓縮空氣系統(tǒng)存在著諸多問(wèn)題，其中最重要的是其與抽水蓄能一樣太受地理?xiàng)l件約束，建造壓縮空氣系統(tǒng)，需要特殊的地理?xiàng)l件來(lái)作為大型儲(chǔ)氣室，如高氣密性的巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，這一限制是影響這項(xiàng)技術(shù)推廣的重要因素之一。此外傳統(tǒng)的空氣壓縮系統(tǒng)，系統(tǒng)效率僅為40%-55%，相比抽水蓄能的80%，效率較低。
近年來(lái)，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)踐和應(yīng)用中發(fā)展迅速，但壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在技術(shù)和政策方面存在發(fā)展瓶頸和挑戰(zhàn)。首先，CAES的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸需加大科研投入，比如對(duì)大規(guī)模CAES的效率、成本、壽命、安全性等核心技術(shù)取得突破，推進(jìn)CAES電站的商業(yè)化發(fā)展；其次，制定CAES大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，包括中長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)、資金投入、示范工程和工程檢驗(yàn)等方面；最后，探索建立CAES技術(shù)的相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)示范項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策激勵(lì)和政策保障。
隨著壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步、儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系的完善以及電網(wǎng)對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能需求的日益迫切，大容量CAES電站將逐步進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行，培育CAES產(chǎn)業(yè)體系，構(gòu)建能源領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，以便支持清潔低碳、安全高效能源改革和能源的高質(zhì)量發(fā)展。
