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2022~2025年儲能新增裝機(jī)中的壓縮空氣儲能滲透率或?qū)⑦_(dá)到10%。預(yù)計2025年累計裝機(jī)容量達(dá)到7GW左右，2026~2030年新增儲能裝機(jī)中的壓縮空氣的滲透率有望達(dá)到23%。最近壓縮空氣備受投資資金的青睞的趨勢就不奇怪了。

大約40年前，壓縮空氣儲能（CAES）被視為一項(xiàng)具有高潛力的技術(shù)。有人認(rèn)為它是未來的儲能方式。當(dāng)時只有兩個工廠建成了-1979年的德國和1991年的美國阿拉巴馬州，而在接下來的30年中這項(xiàng)技術(shù)未得到再次應(yīng)用，人們似乎對壓縮空氣儲能（CAES）失去了興趣。

事情變化就是這么突然。最近全球產(chǎn)業(yè)分析師的一項(xiàng)研究“壓縮空氣儲能-全球市場軌跡和分析”預(yù)測，到2026年全球CAES市場規(guī)模將達(dá)到103億美元。雖然這個數(shù)字可能有些樂觀，但背后有它實(shí)質(zhì)性的依據(jù)。例如，中國剛剛在北部的張家口市上線了一個100 MW的CAES系統(tǒng)變體。

(資料圖)

這種CAES復(fù)興是由解決長時儲能問題的需求驅(qū)動的。像加州在電網(wǎng)上裝有大量風(fēng)能和太陽能，迫切需要一種方法來儲存多余的可再生能源的。

“長時儲能（LDES）技術(shù)正在為確保加利福尼亞電網(wǎng)的可靠性做出重要貢獻(xiàn)，”長時儲能理事會執(zhí)行董事朱莉婭·索德爾說?！凹永Ｄ醽啽仨氈贫◤?qiáng)有力的投資鼓勵政策，并為LDES這樣的創(chuàng)新技術(shù)制定監(jiān)管框架，以繼續(xù)擴(kuò)大清潔能源市場，使我們在未來走向凈零排放?！?/p>

（來源：微信公眾號“EnergyKnowledge” 作者：于楊）

儲能難題

壓縮空氣儲能使用壓縮空氣儲存能量，以便在高峰時段使用。可再生能源的使用激增引發(fā)了對各種儲能技術(shù)的興趣。其中最重要的是電池，它們最近獲得了大量資金和經(jīng)濟(jì)激勵措施。然而，電池儲能只提供了幾個小時的儲存時間。它們是良好的短期備用電源。

但是長時儲能怎么辦？它是充分利用可再生能源發(fā)電的必要條件。風(fēng)力通常在晚上和清晨最強(qiáng)，往往只在非高峰時段可用。太陽能更有規(guī)律的，因?yàn)槿照諘r長可以更可靠地預(yù)測。風(fēng)能和太陽能往往在電網(wǎng)非高耗能的固定時段發(fā)電，因此需要一種方法來儲存這些多余的能量，以便在風(fēng)能或太陽能不能發(fā)電時可以使用。

發(fā)電廠正在以創(chuàng)紀(jì)錄的數(shù)量建造電池儲能系統(tǒng)，以利用多余的可再生能源并在高峰時段使用它，但這些不是長時儲能系統(tǒng)。同時，人們正在投資于電解水技術(shù)，將多余的可再生能源轉(zhuǎn)化為氫氣以供以后用于發(fā)電，作為替代或補(bǔ)充天然氣的一種方式。這些都是值得稱贊的努力，但它們還是未能解決能量長時間儲存的問題。因此，CAES被越來越被視為解決儲存挑戰(zhàn)的一種可行且經(jīng)濟(jì)高效的方式。

CAES的案例

位于德國的Huntorf（320兆瓦）和阿拉巴馬州的McIntosh（110兆瓦）兩個CAES項(xiàng)目已經(jīng)高效運(yùn)行了幾十年。這些設(shè)施使用非高峰電力來運(yùn)行壓縮機(jī)，向地下儲藏室(如鹽穴)注入空氣。

在高電力需求時段，從儲存室中抽出壓縮空氣，對其進(jìn)行預(yù)熱，然后引入燃燒器中，天然氣被點(diǎn)燃以進(jìn)一步加熱空氣。熱膨脹的氣體驅(qū)動膨脹渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)連接到發(fā)電機(jī)并為電網(wǎng)產(chǎn)生電力。燃料消耗比現(xiàn)代聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠要好得多。該系統(tǒng)產(chǎn)生的能量比壓縮空氣所需的能量還要多。

由Power South所有的阿拉巴馬州McIntosh電站于1991年投入運(yùn)營。它由一系列機(jī)械設(shè)備組成，這些設(shè)備包含Dresser Rand品牌的（現(xiàn)Siemens Energy）壓縮機(jī)和膨脹機(jī)，一個電機(jī)/發(fā)電機(jī)和一個巨大的鹽洞。充滿壓縮空氣的鹽洞需要約40小時，之后發(fā)電機(jī)可以滿負(fù)荷運(yùn)行約25小時。該設(shè)備能夠可在9分鐘內(nèi)進(jìn)行緊急啟動，且可全年運(yùn)行。它在需要時提供峰值功率，或者在秋季和春季幫助穩(wěn)定電網(wǎng)，或根據(jù)市場情況提供備用電力。燃料成本、電力價格和電網(wǎng)條件決定CAES設(shè)備的運(yùn)行方式。

機(jī)械設(shè)備由低壓（LP）、中壓（IP）和高壓（HP）壓縮機(jī)、LP和HP渦輪膨脹機(jī)以及SSS自同步離合器組成。離合器的接合或分離控制電機(jī)/發(fā)電機(jī)用于驅(qū)動壓縮機(jī)或者用于發(fā)電。

經(jīng)過30年的運(yùn)營，Power South現(xiàn)在正在進(jìn)行維修/翻新和升級其渦輪膨脹機(jī)和其他組件的維護(hù)工作。

SSS Clutch的首席執(zhí)行官M(fèi)organ Hendry表示“在McIntosh CAES電站多年無故障運(yùn)行后，SSS Clutch的產(chǎn)品現(xiàn)在需要離線進(jìn)行一些維修和升級”。

在停機(jī)期間，Power South要求SSS Clutch公司拆下并檢查運(yùn)行了三十年的220T壓縮機(jī)離合器。并將其運(yùn)至SSS Clutch位于特拉華州新城的總部進(jìn)行了詳細(xì)的檢查和測試。這是自220T壓縮機(jī)離合器最初投入使用以來的第一次檢查。

“經(jīng)過近30年的使用，離合器的狀態(tài)良好，這為電站對壓縮機(jī)離合器的維護(hù)和保養(yǎng)提供了最佳實(shí)踐” Hendry說。

CASE市場興趣激增

南方電力公司將更多資金投入到CAES電廠可能與這樣一個事實(shí)有關(guān)，即隨著長時儲能問題變得更加突出，大家對CAES的興趣正在飆升。近年來，美國、中國、日本、加拿大、澳大利亞、德國和歐洲其他國家都宣布了CAES項(xiàng)目。

好消息是，在世界大部分地區(qū)都有許多適合CAES的存儲地點(diǎn)。根據(jù)EPRI的數(shù)據(jù)，美國約85%的地域可以用于CAES。北歐也有很多潛在的地區(qū)，其中一些已經(jīng)用于天然氣儲存。

一些項(xiàng)目是用傳統(tǒng)技術(shù)的CAES。另一些項(xiàng)目剛是新CAES添加元素的混合示例。以下是其中的一些亮點(diǎn):

Bethel能源中心324 MW(16000 MWh)CAES項(xiàng)目已通過審核，該項(xiàng)目位于德克薩斯州ERCOT市場的Anderson縣。它將使用電驅(qū)動的壓縮機(jī)來壓縮空氣，并使用天然氣渦輪膨脹機(jī)來發(fā)電。其優(yōu)勢在于，減少約90%排放的同時，它提供的快速啟動輔助服務(wù)能力可媲美2000MW聯(lián)合循環(huán)電廠。

加拿大公司Hydrostor在加利福尼亞州Rosamond建造CAES項(xiàng)目的審批/許可流程進(jìn)展順利。Willow Rock能源存儲中心(前身為Gem能源存儲中心)將提供500 MW(4000 MWh)的電力。計劃在一年左右開工。

Hydrostor的首席執(zhí)行官Curtis Van Walleghem表示:“在50多年的項(xiàng)目生命周期內(nèi)，Willow Rock項(xiàng)目每年減少的碳排放量等同于12萬輛汽車所產(chǎn)生的碳排放量?！?/p>

它的工作方式和南方電力公司有點(diǎn)不同。壓縮空氣被儲存在位于2000英尺深的洞穴的氣艙中。通過排出氣艙的水保持空氣的壓力，這些氣艙被固定在地表排出水的溢出池中。發(fā)電時，空氣從洞穴中釋放出來，在熱水箱中加熱，并用于為渦輪機(jī)提供動力。澳大利亞新南威爾士州的Hydrostor公司也在開發(fā)一個類似的項(xiàng)目。- 200MW/1500MWh的Sliver City儲能中心。

液體空氣儲能(LAES)是CAES的一種變體，該技術(shù)使用液體空氣而不是壓縮空氣。例如，Highview Power正在西班牙各地開發(fā)高達(dá)2GWh的長時LAES。多達(dá)七個Highview公司的“CRYOBatteries”使用液態(tài)空氣作為存儲介質(zhì)。非峰值電力被用來生產(chǎn)液態(tài)空氣。兩個小型項(xiàng)目已經(jīng)在英國運(yùn)行。

與此同時，Just In Time Energy提供了一種優(yōu)化的LAES流程，據(jù)說該流程可以從給定數(shù)量的液態(tài)空氣中提供更高的功率，并提高了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。該公司還開發(fā)了一種用液化天然氣(LNG)代替液態(tài)空氣的氣電聯(lián)合存儲系統(tǒng)。在非高峰時段，利用多余的可再生能源生產(chǎn)液化天然氣，在液化天然氣返回管道時驅(qū)動設(shè)備向電網(wǎng)輸送電力。

中國新上線的100MW系統(tǒng)，據(jù)說使用了超臨界儲熱而不是使用天然氣來提高系統(tǒng)效率。它可以儲存高達(dá)400 MWh，效率為70%。

在過去的二十年中，許多CAES項(xiàng)目被提出，但后來被放棄了，缺乏資金是其中的原因之一。其中包括俄亥俄州的Norton CAES 項(xiàng)目、愛荷華州的另一個CAES項(xiàng)目、北愛爾蘭的安特里姆縣、紐約州的塞內(nèi)卡CAES項(xiàng)目、德國的Adele項(xiàng)目以及計劃在加利福尼亞州San Joaquin建立的PG&E CAES項(xiàng)目。其中一些項(xiàng)目可能會再度引起人們興趣。

激勵措施和資金

重新對傳統(tǒng)和混合CAES產(chǎn)生興趣的原因之一是更好的資金投資潛力。2022年美國通脹削減法案為廣泛適用于能源儲存技術(shù)提供了高達(dá)30%的稅收抵免。加上CAES技術(shù)的低耗能（LCOE），CAES項(xiàng)目備受投資的青睞。

上一次包括CAES在內(nèi)的LCOE的全面比較是由咨詢公司Lazard在2016年完成的。

自那時起，電池儲存價格已經(jīng)下降。但是來自NREL的最新成本預(yù)測仍將鋰離子電池儲存定位在約300美元左右。因?yàn)殇嚨目捎眯院湍茉窗踩珕栴}被人們重視起來。

Lazard似乎已經(jīng)改變了計算LCOE的方式，現(xiàn)在稱之為LCOS（用于儲存）。它沒有與CAES進(jìn)行比較。但是Lazard在其2021年底的報告中指出：

“隨著可再生能源發(fā)電普及率的提高，人們對長時儲能技術(shù)的興趣也在不斷增長?！?/p>

因此，CAES市場肯定比幾十年前更活躍。但尚不確定我們是否會在未來幾年見證CAES或混合CAES的復(fù)興。