【環(huán)球新視野】中儲國能總經理 紀律：壓縮空氣儲能的技術發(fā)展和產業(yè)化｜ WISE2022未來能源創(chuàng)投新風向大會

11月29日，36氪WISE2022未來能源創(chuàng)投新風向大會順利舉辦。今年我們以「臨界點」為主題，聚焦新能源市場，涵蓋鋰離子電池、鈉離子電池、風電、光伏、儲能、氫能、電動汽車等多個細分場景，通過匯聚新能源產業(yè)、資本、學術等領域的朋友，全方位探討當下我國新能源市場的產業(yè)生態(tài)與發(fā)展變革，展望未來新能源產業(yè)的趨勢動向與新增長點。

大會上，中儲國能總經理紀律發(fā)表了題為《壓縮空氣儲能的技術發(fā)展和產業(yè)化》的主題演講。紀律認為，儲能是能源革命的重要支撐技術，壓縮空氣儲能作為典型的大規(guī)模長時儲能技術路線，具有規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染等特點，目前技術已經逐步成熟并達到產業(yè)化的初期，在雙碳大環(huán)境下將迎來廣闊的發(fā)展空間。

以下是紀律演講實錄（經36氪整理編輯）：

(資料圖片僅供參考)

各位觀眾朋友大家好，我是中儲國能公司紀律，非常榮幸能夠參加WISE大會向大家介紹我們公司的情況以及我們在壓縮空氣儲能方面的研發(fā)和產業(yè)化進展。今天我介紹的內容主要包括以下四個部分。

一、研發(fā)背景

眾所周知，我們現在處在雙碳大環(huán)境下，雙碳目標的提出首當其沖的是能源領域——碳排放最大的產業(yè)，會加速能源革命的進程。能源革命的一條主線是零碳的風光等新能源逐步成為主體能源，替代傳統(tǒng)的化石能源。但是風光能源的大發(fā)展，其先天不足，間歇性、不穩(wěn)定性、周期性等非人為可控的因素需要解決，儲能是根本的調節(jié)手段。所以伴隨著風光發(fā)電的大發(fā)展和構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，儲能產業(yè)勢必迎來快速增長，所以儲能現在也被稱作能源革命的重要支撐技術。

現在儲能技術分很多種，如抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪都屬于物理形式儲能，各種各樣的電池屬于化學儲能，超導、超級電容有的將其歸類為電磁儲能，也有的歸類為物理儲能，還有其他的新型儲能技術路線，比如現在非常熱的氫燃料電池，也是儲能的一種。

不同的儲能技術有各自不同的特點，適合用在電力系統(tǒng)的不同領域。電力系統(tǒng)對于儲能有些需要大規(guī)模長時做調峰、能量管理、負荷平衡，比如壓縮空氣、抽水蓄能等屬于大規(guī)模長時的儲能技術；而有些需要短時瞬時響應，做調頻、輔助服務、電能質量管理，如飛輪、超導、超電容等屬于典型的功率型儲能；電池基本上處于上述兩類儲能技術之間。所以，不同的技術有各自的適用場景，發(fā)揮不同的功能，目前幾個主流儲能技術基本上是齊頭并進的發(fā)展態(tài)勢。

二、壓縮空氣儲能技術介紹

下面具體介紹壓縮空氣儲能技術。壓縮空氣儲能技術類似于抽水蓄能，是典型的大規(guī)模、長時、物理形式的儲能，其基本原理是：當有余電、廢電，電無法利用、需要儲存時，可以通過電動機、驅動壓縮機把空氣壓縮儲存，過程中產生的熱也用儲熱技術進行回收，等于將電能轉化為機械能再轉化為空氣的壓力能和一部分熱能；在需要發(fā)電時，把高壓空氣釋放，用儲存的壓縮熱給空氣預熱升溫，再用高溫高壓空氣沖轉膨脹機，由膨脹機輸出軸功發(fā)電，等于又將空氣的壓力能和一部分熱能轉化為機械能，再轉化為電能。它的發(fā)電過程和傳統(tǒng)的火電、水電類似，但做功介質不一樣?；痣娛撬魵怛寗悠啓C轉動，而壓縮空氣儲能是空氣驅動空氣透平轉動，都屬于葉輪機械轉動以后直接輸出軸功，帶動同步發(fā)電機發(fā)電，這種機械式發(fā)電方式是非常成熟、穩(wěn)定可靠的。

這項技術有以下幾個特點：規(guī)模大，單機可達到百兆瓦以上；適合大容量儲能，儲能容量是4-10個小時；建設和運營成本相對較低；整個系統(tǒng)全是機械設備，壽命在30年以上，如果檢修、維護做得好，壽命到四五十年也是可實現的；整個過程沒有任何化石燃料燃燒，不會有污染物的排放；沒有地域條件限制，選址更加靈活；空氣作為介質比較安全，沒有燃燒爆炸的風險；機械式發(fā)電比較成熟、穩(wěn)定、可靠；這項系統(tǒng)最核心的功能是儲電，但運行過程中還會產生一部分熱和冷，某種意義上可以實現冷熱電的三聯供。它的主要功能是調峰，就是削峰填谷、負荷平衡，同時運行起來也可以做調頻，其具有轉動慣量，也可以做調相、電壓穩(wěn)定的事情，又可以做旋轉備用、應急響應、黑啟動，功能和抽水蓄能高度一致。

這是美國能源部在2020年底的報告“電網側儲能成本和功能分析”，其中標出來的圓圈代表壓縮空氣儲能技術。報告分析和我們的判斷基本一致，首先這項技術適合大規(guī)?！?00兆瓦以上的功率等級，同時適合做長時——4-10個小時。按照現階段以及未來的趨勢，壓縮空氣儲能的單位成本在所有儲能技術里較低，核心原因是它的儲能介質是零成本的空氣，主要成本是設備投入，所以成本優(yōu)勢明顯。

三、中儲國能在壓縮空氣儲能方面的進展

下面介紹一下我們團隊在壓縮空氣儲能方面的工作進展。中儲國能公司技術來源于中國科學院工程熱物理研究所，研究所從2004年開始壓縮空氣儲能技術研究，到今年已是第18年，走過了從基礎理論研究、關鍵技術突破到示范、產業(yè)化的全過程。我們最早從千瓦級起步，2013年在河北廊坊建成了國際首套1.5兆瓦超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)，2016年在貴州畢節(jié)建成國際首套10兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)，去年在張家口完成了國際首套百兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)的建設，今年9月30日實現了并網發(fā)電，同時去年已經啟動了300兆瓦系統(tǒng)研發(fā)，計劃明年底完成第一個示范項目的建設，我們是一步一個臺階發(fā)展而來的。我們團隊最核心的競爭力是開展壓縮空氣儲能的全套核心關鍵技術研發(fā)，具有完全的自主知識產權，沒有任何技術受制于人或者依托于外單位，不會出現卡脖子的問題，這是我們團隊最核心的競爭力。

2018年底，我們把壓縮空氣儲能百兆瓦級的全套知識產權作價入股，吸引投資成立了合資公司——中儲國能公司。中儲國能是中國科學院工程熱物理研究所百兆瓦級壓縮空氣儲能唯一的產業(yè)化平臺公司，可以提供壓縮空氣儲能全套系統(tǒng)解決方案，未來研究所的所有工程項目都由中儲國能及其子公司承接完成，目前我在公司任總經理。研究所研發(fā)團隊目前大約160余人，公司的產業(yè)化團隊有80余人，整體240余人，是目前國內最大的物理儲能研發(fā)和產業(yè)化團隊。團隊最近十年發(fā)表論文600余篇，申請專利500余項，授權有300余項，據第三方統(tǒng)計，在壓縮空氣儲能領域的全球科研機構和高校中，排名第一。我們累計承擔各類科研項目140余項，科研經費整體約7億元，同時拿到了日內瓦的國際發(fā)明展金獎、北京市科學進步一等獎、北京市科技發(fā)明一等獎等一系列國際和國內的重要獎項。

我們建立了三個大型實驗基地：兆瓦級實驗基地2013年在河北廊坊建成；10兆瓦實驗基地2016年在貴州畢節(jié)建成；目前正在南京建設百兆瓦和未來三百兆瓦的實驗基地，該基地于前年啟動建設，今年年底封頂，明年投入使用。這幾個實驗基地總投資13.5億元，共需要建設72個實驗平臺，目前已經建成54個，包括基礎實驗臺、單元部件實驗臺和系統(tǒng)集中測試實驗臺。工欲善其事，必先利其器，這些都是我們重要的研究手段和基礎。2014年，我們獲批了國家能源大規(guī)模物理儲能研發(fā)中心，這也是國內壓縮空氣儲能領域第一個國家級的研發(fā)平臺。

在之前的工作基礎上，我們已經建成的工程示范項目一共有5個，包括兩個1.5兆瓦項目、兩個10兆瓦項目和一個百兆瓦項目。最早的1.5兆瓦項目于2013年在河北廊坊建成，效率達到52.1%，當時是國際首套1.5兆瓦先進壓縮空氣儲能的示范系統(tǒng)，也通過了國家863項目驗收和中國科學院的技術成果鑒定。2016年，我們在貴州畢節(jié)建成國際首套十兆瓦新型壓縮空氣儲能的示范系統(tǒng)，效率達到60.2%，當時也通過了國家863項目的驗收。去年，我們在山東肥城建成了國際首套10兆瓦鹽穴壓縮空氣儲能的示范電站，8月份建成，9月23日完成驗收投入運行，這個項目在今年7月份獲準參與了山東省的電力現貨市場交易，也是我國第一個參與現貨市場的壓縮空氣儲能項目。我們的第一個百兆瓦項目是在張家口國家可再生能源示范區(qū)內建成，項目規(guī)模100兆瓦，系統(tǒng)投資約7億元，占地85畝。這個項目是國家級示范項目，國家可再生能源示范區(qū)的示范項目，得到了國家發(fā)改委產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展專項和中國科學院A類先導專項重點支持。項目在2020年6月份開工，去年8月份完成了土建施工，開展設備安裝，去年年底完成了全部的建設工作，整個系統(tǒng)并網受電，也就是反送電成功，開始做系統(tǒng)的帶電調試，今年9月份完成調試，實現了發(fā)電運行。這個項目是目前國際首套百兆瓦先進壓縮空氣儲能示范電站，也是目前國際是規(guī)模最大、性能最優(yōu)的新型壓縮空氣儲能示范項目。

最近國家對壓縮空氣儲能一直比較關注和支持?！笆奈濉币?guī)劃明確指出支持壓縮空氣儲能發(fā)展。同時，去年年底的新型儲能技術指導意見及今年年初的實施方案都把壓縮空氣儲能——特別是百兆瓦級的壓縮空氣儲能列在非常靠前的位置。2019年，我們推動百兆瓦級壓縮空氣儲能列入國家工信部首臺（套）重大裝備推廣指導名錄，可以享受國家工信部首臺（套）政策。去年年底，我們黨山東肥城十兆瓦項目和張家口的百兆瓦項目也入選了國家能源局能源領域首臺（套）重大裝備名單，可以享受國家能源局的首臺（套）政策。另外，張家口市張北縣的百兆瓦示范項目和張家口市的裝配生產線得到國家發(fā)改委專項資金以及中國科學院A類先導專項支持，中央財政一共為百兆瓦先進壓縮空氣儲能技術的研發(fā)和產業(yè)化提供了大概兩億元經費支持，300兆瓦的壓縮空氣儲能技術攻關也獲得了國家專項支持。另外，我們的工作也獲得了中央電視臺等主流媒體的報道以及相關領導的關注，很多領導到項目現場考察和指導工作，國家相關部委對于我們的工作一直比較關注和支持。

我們公司的商業(yè)模式主要分兩類：一是提供壓縮空氣儲能全套的系統(tǒng)解決方案，類似于交鑰匙工程，以一買一賣的方式來做，一個百兆瓦級系統(tǒng)的投資額大概在5-8億元，資金可以盡快回籠。二是投資運營商，針對優(yōu)質的電站、經濟性比較好的，公司也可以參與投資，通過電站的長期運行，獲取比較穩(wěn)定的收益，按照現有的電價政策，壓縮空氣儲能比較好的項目收益大概十年以內能夠回收，差一點的項目回收期大概為10-15年。電站壽命通常在30-50年，初投資比較大，但是未來能獲取長期穩(wěn)定收益，屬于重資產投入。

壓縮空氣儲能主要走大規(guī)模長時路線，所以主要應用場景是電網側和電源側。我們的用戶主要是電網公司，以及能源央企和地方國企。如剛才所說，由于能源電站屬于重資產投入，商業(yè)模式是面向大企業(yè)的銷售模式。目前，我們在全國范圍內已經建成的項目一共有5個，共123兆瓦，今年已經啟動的項目一共6個，共1265兆瓦；同時，我們已經完成備案寫入規(guī)劃的儲備項目大概1800兆瓦，整體規(guī)模超過3000兆瓦，總投資超過200億。這也說明壓縮空氣儲能的市場空間非常大，產業(yè)化前景比較好。

從市場層面看，整個儲能市場無論在國內還是國際，都公認是數萬億級的市場規(guī)模，并處于發(fā)展初期。目前國際儲能裝機總量209.4GW，占電機總裝機比例約為2.7%；國內的儲能裝機總量截止去年底為46.1GW，占電機總裝機比例約為1.7%，未來占電力總裝機的比例要增長到10%-15%，增長空間非常大，是處于發(fā)展初期的藍海。我們公司在去年是實際運行的第一年，完成了張家口項目6.98億合同的簽署，希望通過后續(xù)幾年的努力，到“十四五”末，能夠實現每年銷售十幾臺電站、達到百億產值。據我們判斷，壓縮空氣儲能是比較稀缺的大規(guī)模長時儲能技術路線，在未來新增的儲能市場，估計至少有30%甚至更多的儲能市場份額。

四、壓縮空氣儲能面臨的挑戰(zhàn)

壓縮空氣儲能下一步也將面臨很多挑戰(zhàn)，需要進一步發(fā)展。

首先，技術性能有待進一步提高。目前我們兆瓦級的系統(tǒng)效率約為52%，10兆瓦系統(tǒng)效率約為60%，百兆瓦系統(tǒng)效率約為70%，距離壓縮空氣儲能的理論極限效率75%，還有一定上升空間，后續(xù)要逐步逼近75%的極限效率。同時電站的運行智能化程度有待進一步提高，需要提升電站整體運行的穩(wěn)定性、可靠性和效率。

第二，系統(tǒng)成本有待進一步下降。目前，百兆瓦壓縮空氣儲能產業(yè)化之后約1000-1200元/千瓦時的單位容量初投資。未來，隨著設備規(guī)?；a和訂單逐漸增多，初投資有望降到1000元/千瓦時以下。目前百兆瓦系統(tǒng)全壽命周期的度電成本約為0.2-0.3元千瓦時，預計未來可以降到0.2元/千瓦時以內，將更具經濟性。

第三，目前整個壓縮空氣儲能還沒有形成成熟穩(wěn)定的電價機制和可復制的商業(yè)模式，而這其實是很多新型儲能技術共同面臨的問題。

結束語

雙碳大環(huán)境對于能源領域有深遠的影響，推動能源變革，而儲能是能源革命的重要支撐技術，獲得了越來越多的關注和支持。壓縮空氣儲能是典型的大規(guī)模長時儲能技術路線，特點是規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染。我們團隊在壓縮空氣儲能領域深耕18年，我們判斷目前技術已經逐步成熟并達到產業(yè)化的初期，后續(xù)需要國家政策支持、企業(yè)用戶支持和團隊的共同努力，希望能把壓縮空氣儲能產業(yè)真正發(fā)展起來。

今天主要介紹內容就是這么多，謝謝大家！

關鍵詞： 壓縮空氣 抽水蓄能 中國科學院