郭少峰：先进压缩空气储能技术研发与产业化进展
10月23-25日，由ESPlaza长时储能网主办、湖州工业控制技术研究院+浙江绿储科技有限公司联合主办的2024第二届中国长时储能大会在浙江湖州盛大召开，中储国能（北京）技术有限公司市场负责人郭少峰出席会议，从技术、研发、应用与产业化、挑战与发展等方面介绍了先进压缩空气储能技术研发及产业化进程。
▲郭少峰
1
什么是先进压缩空气储能？
受益于“双碳”目标战略，能源改革蓄势待发，新能源发电带来的经济性与平衡性挑战推动了储能市场的发展，压缩空气储能技术崭露头角。
但值得注意的是，压缩空气储能行业并非新生，早在上世纪70年代的德国与美国等地，传统压缩空气储能已有所发展。
由于传统压缩空气发电系统在膨胀发电环节需要燃烧天然气，对化石燃料的依赖性较强，且系统依赖大型天然储气库，系统效率较低。为了提升压缩空气储能系统的储能效率、降低成本，先后出现了绝热压缩空气储能、蓄热压缩空气储能、液态空气储能、等温压缩空气储能、超临界压缩空气储能、恒压压缩空气储能等新型压缩空气储能技术。“中储国能公司目前的百兆瓦级项目主要以蓄热式技术路线为主。”郭少峰补充道。
蓄热式压缩空气储能系统主要特点是利用高效的蓄热换热技术以级间取热的方式将压缩空气过程中产生的压缩热进行回收，并在膨胀发电过程之前利用压缩热为空气升温，实现储能发电全过程的高效转换和零排放。蓄热式压缩空气储能系统可以适用于多种应用场景并能充分发挥其大规模、长时、高效率等技术特点，如与大型风电、光伏场站进行结合，在支撑并网稳定性的同时，可提高风光资源的利用率，增加发电收益。
“采用此技术路线不仅能真正做到零排放，同时还大大提升了系统效率。”郭少峰介绍道，“目前百兆瓦级先进压缩空气储能系统额定效率可达70%左右。”
除此之外，先进压缩空气储能还具有以下几大优势：
1.长时大规模：压缩空气储能功率与容量解耦，储气空间越大，成本越低，可满足4-10h及以上储能需求。
2.单位成本低：当前大规模压缩空气储能全寿命度电成本为0.2-0.3元/kWh，产业化后初始投资成本800-1500元/kWh，“基本能够对标抽水蓄能。”郭少峰说道。
3.系统寿命长：可达30-50年。
4.系统性能好：从冷态到发电并网仅需6-8分钟，“在储能电站反应速度、响应速度越快，对电网的调用与支撑作用越大的背景下，占据优势。”
5.对环境友好：不燃烧化石燃料、无污染物排放。
6.安全可靠：储能介质本质安全、无爆炸风险。
7.系统效率高：百兆瓦级以上系统额定效率已达70%左右，郭少峰补充道：“100MW级系统额定设计效率70.2%；300MW级系统额定设计效率达到72.1%，正在接近抽水蓄能75%-80%的效率。”
8.不受地理条件限制：可采用储气罐、人工硐室及天然洞穴等方式储气。
9.综合能源供应：运行过程中产生的多余热量、冷量，可实现冷热电联供。
“国际能源署和美国能源部充分认可压缩空气储能低成本、环境友好的优势及其长时储能的功能；国内2024年年初发布的56个新型储能示范项目中，压缩空气储能项目数量占据20%，不难看出，压缩空气储能技术发展前景广阔。”郭少峰表示。
2
二十年研发与实践
早在2004年，中国科学院工程热物理研究所便开始了压缩空气储能技术研发工作。
20年的研究历程，中国科学院工程热物理研究所走过了基础理论研究、关键技术突破、国家示范工程建设的全过程，先进压缩空气储能技术的整体研发进度及系统性能处于国际领先水平。中储国能压缩空气储能相关技术正脱胎于此。
技术团队从千瓦级起步，2013年建成国际首套1.5MW系统，2016年建成10MW，2021年建成100MW，如今正在开展300MW级先进压缩空气储能的研发和国家示范项目的建设，中国科学院工程热物理研究所、中储国能联合研发团队正一步一个台阶地实现着跨越式发展。
二十年的实践与积累，先进压缩空气储能研发团队积攒了多级宽负荷压缩机和高负荷透平膨胀机技术、高效超临界蓄热换热器技术、系统全工况优化设计与集成技术等系列核心技术。
郭少峰详细介绍道：“我们创新研发的压缩机具备大压比、大流量、宽负荷等特性；同时采用了低温差、紧凑式换热器设计，降低了热量的㶲损失、热惯性和容积惯性；此外，研发团队研制的一体化控制系统可以满足系统运转过程中分散控制、集中操作、分级管理等功能。“也正是这三点，促成了中储国能高效、高质、稳定的先进压缩空气储能系统。”
截至目前，中国科学院工程热物理研究所、中储国能先进压缩空气储能研发及产业化团队规模已达500余人，发表论文700余篇，申请专利600余项……技术成果非凡，“拥有国内规模最大的新型压缩空气储能研发团队。”
知识产权与团队建设之外，研发团队在平台建设方面同样没有停歇——3大实验基地、72个实验平台、13.5亿实验能力建设投入，“2014年，中国科学院工程热物理研究所在贵州毕节建设国家能源大规模物理储能技术研发中心，是压缩空气储能领域第一个国家级的研发平台。”郭少峰说道。
3
先进压缩空气储能应用与产业化进展
工程应用方面，郭少峰介绍道，储能研发团队前期项目多以技术示范为主，2013年在河北廊坊建成的1.5MW蓄热式超临界压缩空气储能示范电站是国际首个1.5MW先进压缩空气储能示范系统，系统额定效率达到了52.1%，被评价为“我国压缩空气储能的一项重要突破，达到国际领先水平”；于2016年在贵州毕节建成的10MW示范系统在额定工况下效率达60.2%，创造了当时全球压缩空气储能系统效率新纪录。
山东肥城一期10MW/40MWh项目是第一个参与电力现货市场交易的压缩空气储能商业型电站，系统额定效率达60.7%；2021年建成的张家口百兆瓦级先进压缩空气储能项目是我国首套百兆瓦项目，系统额定效率70.2%，已通过专项验收及技术成果鉴定。
2021年，研发团队启动300MW核心部件及系统研发；2024年4月30日，具有完全自主知识产权的中储国能山东肥城国际首套300MW先进压缩空气储能国家示范电站首次并网发电一次性成功。
肥城国际首套300MW/1800MWh先进压缩空气储能国家示范电站在系统设计、装备研制、工程实施等诸多领域，实现了多项关键技术突破，创造了四大核心设备创新之首、六项系统国际之最。单机规模300MW、储能容量1800MWh、系统额定设计效率72.1%、启动时间只需6-8分钟、单位投资成本约5000元/kW、830元/kWh……有力推动了国际新型压缩空气储能技术的产业化发展。
此外，中储国能在宁夏中宁、新疆阜康、河南信阳等地亦有项目在建设、规划当中，“目前，中储国能团队已建成压缩空气储能项目6个，共计规模423MW，在建及规划项目超6GW。”
除了技术层面的储能研发及项目建设外，中储国能团队也在积极推动整个产业发展，生产能力进一步提高。
2018年，中国科学院工程热物理研究所技术团队认为压缩空气储能技术已逐渐成熟，具备产业化条件，中储国能公司随之诞生。短短几年间，主导建设的国际首套100MW、300MW国家示范项目，树立了行业里程碑，奠定了压缩空气储能领域开拓者和引领者的行业地位。
2023年中储国能首个先进压缩空气储能装备制造基地投入生产，具备年产4-6台套百兆瓦级先进压缩空气储能系统核心零部件的能力；2024年启动新建压缩空气储能装备制造基地，计划开展100MW和300MW核心部件加工、整机装配及设备测试工作，建成后将具备年产10台套百兆瓦级先进压缩空气储能系统核心零部件的能力。
“在先进压缩空气储能产业化领域，中储国能具备全套核心技术竞争力。”郭少峰强调道。
4
挑战与发展
演讲的最后，郭少峰对未来的压缩空气储能作为长时储能的重要方向进行了观察与分析，并给出了预判及建议。
2024年，压缩空气储能技术已取得多方面突破，行业发展已进入快车道。具体表现在：
1）将步入单机300MW的新时代；
2）多个大规模示范电站将投入使用；
3）投运总装机规模将有望提高3倍以上；
4）新启动项目规模将再创新高；
5）更大规模、更新的技术将持续研发。
机遇和挑战并存。对于压缩空气储能产业面临的挑战，郭少峰总结为以下5点：
1）压缩空气储能技术的系统性能有待进一步提高：当前参与到压缩空气储能市场中的技术路线不尽相同，系统效率也有所不同。压缩空气储能75%的极限效率是未来发展的目标。
2）压缩空气储能技术的应用效果尚需进一步检验：运行效果、对电网的支持作用等许多问题还未充分显现。
3）压缩空气储能的标准体系仍需继续完善。
4）尚未形成成熟的全产业链，单位成本尚有下降空间：成本的下降有赖于规模化生产效率的提高。
5）尚未形成成熟稳定的电价机制和可复制的商业模式。
而未来压缩空气储能的发展趋势，自然也离不开规模变大、性能提高、成本下降、商业化趋近、标准化建立这几大关键词，需要进一步开展相关工作，促进技术与产业全面发展。
“大规模工程化、商业化发展是压缩空气储能未来发展的必由之路，需要国家、科研院所和企业的共同努力。”郭少峰总结道。
来源：ESPlaza长时储能网
中储国能
中储国能（北京）技术有限公司成立于2018年，是先进压缩空气储能系统的开拓者和引领者，是中国科学院工程热物理研究所的产业化公司，中储国能控股子公司华科超能是国家高新技术企业、北京市专精特新企业、中关村前沿技术企业，具备百兆瓦级先进压缩空气储能系统研发、设计，核心装备制造、工程实施，以及电站投资和运营全套能力。
截至2023年1月，企业顺利完成4轮融资，已建成河北张家口国际首套100MW先进压缩空气储能国家示范项目、山东肥城国际首套300MW先进压缩空气储能国家示范项目，已启动建设的项目覆盖山东、河南、宁夏、新疆等地，总规模达1500MW，已列入规划项目超过5000MW，产业发展态势良好。
