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压缩空气储能系统构成及技术路径

1、什么是压缩空气储能？

压缩空气储能，是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。形式主要有，传统压缩空气储能系统、带储热装置的压缩空气储能系统、液气压缩储能系统。

2、压缩空气储能系统构成

压缩空气储能系统一般包括6个主要部件：

压缩机，一般为多级压缩机带级间冷却装置；膨胀机，一般为多级涡轮膨胀机带级间再热设备；燃烧室及换热器，用于燃料燃烧和回收余热等；储气装置，地下或者地上洞穴或压力容器；电动机/发电机，分别通过离合器和压缩机以及膨胀机联接；控制系统和辅助设备，包括控制系统、燃料罐、机械传动系统、管路和配件等。

3、压缩空气储能的工作原理

压缩空气储能系统是以高压空气压力能作为能量储存形式，并在需要时通过高压空气膨胀做功来发电的系统。该系统的工作过程可分为储能和释能两个环节。

储能环节：压缩空气储能系统利用风/光电或低谷电能带动压缩机，将电能转化为空气压力能，随后高压空气被密封存储于报废的矿井、岩洞、废弃的油井或者人造的储气罐中；

释能环节：通过放出高压空气推动膨胀机，将存储的空气压力能再次转化为机械能或者电能，传统的压缩空气储能系统在释能阶段需要在燃烧室内燃烧化石燃料来加热空气，以实现利用空气发电的功能。

4、压缩空气储能的储存形式

压缩空气储能主要以两种形式储存：压缩空气蓄能罐和地下储气库。

压缩空气蓄能罐

压缩空气蓄能罐是将压缩空气储存在大型的气体容器内。这种储存方式需要考虑储罐的大小和压力，以保证罐内的空气能够有效地驱动发电机。

压缩空气蓄能罐一般分为两种类型：钢制储气罐和混凝土储气罐。钢制储气罐可以容纳更高的压力，更适合进行高强度的储存，但成本较高。而混凝土储气罐成本较低，但需要更大的体积才能储存同样的压缩空气。

地下储气库

地下储气库是将压缩空气储存在地下洞穴或盐穴中。这种储存方式具有较高的储存能力和安全性，但需要考虑储存洞穴或盐穴的地质特征和环境影响等问题。

地下储气库有两种类型：注入式和抽放式。注入式储气库是将压缩空气通过管道注入洞穴或盐穴中，而抽放式储气库则是通过井或管道将压缩空气抽放到储存区域。

5、压缩空气储能的分类

一般来说，压缩空气储能可分为以下几种类型:

机械压缩式储能系统：该系统通过机械设备将空气压缩储存，再通过发电机将储存的能量转化为电能。

热力压缩式储能系统：该系统通过利用地热或太阳能等热源产生高温气体，再将高温气体压缩储存，最后利用储存的能量产生电能。

液态空气储能系统：该系统将空气压缩成液态，储存在储罐中，需要时通过加热将液态空气转化为气态，再通过涡轮发电机将储存的能量转化为电能。

吸附式空气储能系统：该系统通过利用物理或化学吸附材料将空气压缩储存，需要时通过热力或减压将储存的能量释放出来。

6、压缩空气储能的技术路径

目前最主要的新型压缩空气储能系统主要有三个新的技术路径：蓄热式压缩空气储能（TS-CAES）、液态压缩空气储能系统（LAES）、超临界压缩空气储能系统（SC-CAES）。

蓄热式压缩空气储能（TS-CAES）：空气压缩过程会产生压缩热，在传统压缩空气储能中，这部分热量通常被冷却水带走，最终耗散掉，而蓄热式压缩空气储能则将这部分热量在储能时储存起来，而在释能时用这部分热量加热膨胀机入口空气，实现能量的回收利用，提高了系统效率。同时由于膨胀机前有压缩热的加热，可以取消燃烧室，即该系统也摆脱了对化石燃料的依赖。

液态压缩空气储能系统（LAES）：借助于空气降温液化技术，通过添加流程使空气以液态形式储存。储能时，经过压缩机的高压空气进入回热器降温和降压设备进行液化，被液化的常压低温液态空气储存在储液罐中；释能时，液态空气经过低温泵升压、回热器升温，然后进入燃烧室，与燃料混合燃烧后进入膨胀机膨胀做功。

超临界压缩空气储能系统（SC-CAES）：利用空气的超临界特性，在蓄热/冷过程中高效传热/冷，并将空气以液态形式储存，实现系统高效和高能量密度的优点，系统兼具蓄热式和液态压缩空气储能的特点，同时摆脱了依赖大型储气室和化石燃料的问题。

7、压缩空气储能有哪些优势

压缩空气储能具有容量大、储能时间长、安全性较高等优点，具体如下：

规模上仅次于抽水蓄能，适合大规模储能。压缩空气储能系统可以持续工作数小时乃至数天；

项目建设选址限制少。虽然将压缩空气储存在合适的地下矿井或岩穴中是最经济的方式，但也可以用地面高压储气罐取代地下洞穴；

系统使用寿命长。通过恰当维护可以达到40～50年，接近抽水蓄能的50年。并且其效率可以达到60%以上，接近抽水蓄能电站；

安全性较高。压缩空气储能使用的原料是空气，不会燃烧，且不产生任何有毒有害气体。

当然，压缩空气储能缺点也比较明显，尤其是与电化学储能相比：

目前压缩空气