壓縮空氣儲能技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析*

梁麗君，何軍飛

（廣州能源檢測研究院，廣州 511447）

0 引言

電力儲能技術(shù)能夠存儲釋放能量，彌補發(fā)電系統(tǒng)能量瞬時性的缺點，還可以大大改善可再生能源的波動性，現(xiàn)已成為智能電網(wǎng)、可再生能源高占比系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分和重大支撐技術(shù)之一。目前已應(yīng)用的電力儲能技術(shù)主要包括抽水蓄能電站、壓縮空氣儲能、液流電池、蓄電池、超導(dǎo)磁能、飛輪和電容/超級電容等。由于受能量密度、容量、充放電效率、儲能周期、運行費用、壽命等問題所限，只有抽水蓄能和壓縮空氣儲能兩種系統(tǒng)在大規(guī)模商業(yè)系統(tǒng)中運行[1-3]。

近年來，壓縮空氣儲能系統(tǒng)的研究和開發(fā)已經(jīng)非常活躍，出現(xiàn)了多種形式的系統(tǒng)[4-5]。為了推動和規(guī)范壓縮空氣儲能技術(shù)優(yōu)勢和行業(yè)發(fā)展，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不可缺失。但現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)多是壓縮空氣工業(yè)應(yīng)用的通用標(biāo)準(zhǔn)，都不是針對電力儲能系統(tǒng)應(yīng)用的壓縮空氣儲能系統(tǒng)而制定的。壓縮空氣儲能系統(tǒng)行業(yè)迫切需要在技術(shù)規(guī)范、工程建設(shè)、試驗方法、運維等關(guān)鍵環(huán)節(jié)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足行業(yè)規(guī)范、快速發(fā)展的需求。氣從儲氣室釋放出來，進入燃氣輪機的燃燒室，與助燃空氣混合，給燃料提供氧氣燃燒，帶動透平機發(fā)電。

圖1 壓縮空氣儲能技術(shù)原理

1 壓縮空氣儲能技術(shù)特點及應(yīng)用

1.1 技術(shù)特點

壓縮空氣儲能系統(tǒng)（CAES）主要利用電網(wǎng)負荷低谷時的剩余電力壓縮空氣，形成高壓壓縮空氣將其儲藏在高壓密封設(shè)施內(nèi)，在用電高峰釋放出來，驅(qū)動燃氣輪機發(fā)電，其工作原理如圖1所示。用電低谷時，利用電能將空氣壓縮，并存于儲氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能；用電高峰時，高壓空

壓縮空氣儲能技術(shù)主要特點如下。

（1）可無限次充放電循環(huán)，使用壽命長。壓縮空氣儲能充放電循環(huán)的限制只與空氣壓縮機和汽輪機的機械性能有關(guān)，沒有循環(huán)次數(shù)的限制。其使用年限在20年以上。

（2）響應(yīng)速度慢，能量轉(zhuǎn)換效率低。壓縮空氣儲能充放電需要設(shè)備壓縮或者釋放空氣推動汽輪機發(fā)電，其響應(yīng)時間受到空氣壓縮或者釋放時間的限制，無法快速響應(yīng)，一般需要數(shù)秒的響應(yīng)時間。另外壓縮空氣儲能在存儲和釋放電能的過程中，需要以壓縮空氣作為中間物質(zhì)，經(jīng)過多重能量轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換效率不高，大型壓縮空氣儲能技術(shù)能量轉(zhuǎn)換效率在70%左右。

（3）設(shè)備規(guī)模較大，要求較大的放置空間。大型壓縮空氣儲能在建設(shè)中需要建造一個巨大的儲存壓縮氣體的空間，儲氣空間一般在洞穴、海底或者地底建造。

1.2 國內(nèi)外應(yīng)用

目前，世界上已有德國Huntorf電站和美國McIntosh壓縮空氣儲能電站大型壓縮空氣儲能電站投入商業(yè)運行。中國對壓縮空氣儲能技術(shù)的研究開展得較晚，隨著電力儲能需求的快速增加，相關(guān)研究正在逐漸被重視，對壓縮空氣儲能系統(tǒng)的熱力性能、動態(tài)特性、經(jīng)濟性能和規(guī)模應(yīng)用等方面進行了相關(guān)研究，但較多集中在理論方法和中小型試驗層面，目前投入商業(yè)運行的大型壓縮空氣儲能電站還沒有報道。中科院工程熱物理研究所2013年在廊坊建成了首套1.5 MW新型壓縮空氣儲能示范系統(tǒng)；2016年在貴州畢節(jié)建成一套10 MW新型壓縮空氣儲能示范系統(tǒng)，效率達60.2%；目前正在研發(fā)100 MW級新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，預(yù)計2020年底研制完成樣機，建成后額定效率將達到70%左右[6-7]。

2 壓縮空氣儲能標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1 已發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2014年，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)成立了全國電力儲能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 550），主要負責(zé)承擔(dān)全國范圍的電力儲能技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化、國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂等工作，技術(shù)對口國際電工委員會電力儲能系統(tǒng)技術(shù)委員會（IEC/TC 120）相關(guān)機構(gòu)。

目前，國內(nèi)已發(fā)布的跟壓縮空氣相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共計15項，主要涉及基礎(chǔ)通用類、工程設(shè)計類、設(shè)備制造類等幾個方面，是一些適用于壓縮空氣工業(yè)應(yīng)用的通用標(biāo)準(zhǔn)，都不是針對電力儲能系統(tǒng)應(yīng)用的壓縮空氣儲能系統(tǒng)而制定[8]。截止目前，針對電力系統(tǒng)應(yīng)用的壓縮空氣儲能領(lǐng)域已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)比較少，可查詢并公開獲得的只有4項，包括團體標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。壓縮空氣儲能領(lǐng)域暫無相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

表1 中國現(xiàn)行的壓縮空氣儲能領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 擬制訂的標(biāo)準(zhǔn)

擬制訂的標(biāo)準(zhǔn)主要集中在團體標(biāo)準(zhǔn)。2015年3月，國務(wù)院發(fā)布了《深化標(biāo)準(zhǔn)化改革方案》，第一次將團體標(biāo)準(zhǔn)作為國家標(biāo)準(zhǔn)體系的一部分；2016年2月，國家質(zhì)檢總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于培育和發(fā)展團體標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)意見》，明確提出“國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門組織建立全國團體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺”；2018年，修訂實施后的《標(biāo)準(zhǔn)化法》賦予了團體標(biāo)準(zhǔn)法律地位。團體標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)階段中國政府簡政放權(quán)背景下，標(biāo)準(zhǔn)化體制改革與國際接軌的必然產(chǎn)物，實現(xiàn)了“強制性標(biāo)準(zhǔn)守底線、推薦性標(biāo)準(zhǔn)保基本、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)補遺漏、團體標(biāo)準(zhǔn)搞創(chuàng)新、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)強質(zhì)量”，構(gòu)建了政府標(biāo)準(zhǔn)與市場標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套的新型標(biāo)準(zhǔn)體系。

中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）成立于2010年，是專注在儲能領(lǐng)域的非營利性國際行業(yè)組織。聯(lián)盟下設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，開展團體標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。目前已立項的壓縮空氣儲能領(lǐng)域團體標(biāo)準(zhǔn)項目如表2所示。

表2 壓縮空氣儲能領(lǐng)域擬制定的標(biāo)準(zhǔn)

為加快推進壓縮空氣儲能電站的規(guī)模應(yīng)用，在技術(shù)規(guī)范、工程建設(shè)、試驗方法、運維等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需盡快研究制定壓縮空氣儲能相關(guān)系列標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前比較迫切的需求主要有以下幾個方面。

（1）電力儲能系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范方面，制定《壓縮空氣儲能電站設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)。

（2）工程建設(shè)方面，制定《壓縮空氣儲能電站施工及驗收規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)。

（3）試驗方法方面，制定《壓縮空氣儲能電站并網(wǎng)測試方法》、《壓縮空氣儲能電站并網(wǎng)技術(shù)條件》等標(biāo)準(zhǔn)。

（4）運行維護方面，制定《壓縮空氣儲能電站運行維護規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語

技術(shù)發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)先行。依據(jù)國內(nèi)壓縮空氣儲能技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)盡快深入分析已有示范工程的運行狀況，總結(jié)經(jīng)驗，開展相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)性研究，打牢標(biāo)準(zhǔn)制訂支撐基礎(chǔ)，逐步建立壓縮空氣儲能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系；適時開展系列重要標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，全力開展團體標(biāo)準(zhǔn)升行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)的工作；進一步推動相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂和宣貫工作，增強標(biāo)準(zhǔn)的影響力和約束力；盡快與國際接軌，分階段、有重點地參與儲能國際性標(biāo)準(zhǔn)的制訂，開展國際技術(shù)交流，積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)組織活動，爭取主導(dǎo)國際核心標(biāo)準(zhǔn)的編制，為壓縮空氣儲能行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐和重要引擎。