压缩空气储能技术及其标准现状分析*

梁丽君，何军飞

（广州能源检测研究院，广州 511447）

0 引言

电力储能技术能够存储释放能量，弥补发电系统能量瞬时性的缺点，还可以大大改善可再生能源的波动性，现已成为智能电网、可再生能源高占比系统、能源互联网的关键组成部分和重大支撑技术之一。目前已应用的电力储能技术主要包括抽水蓄能电站、压缩空气储能、液流电池、蓄电池、超导磁能、飞轮和电容/超级电容等。由于受能量密度、容量、充放电效率、储能周期、运行费用、寿命等问题所限，只有抽水蓄能和压缩空气储能两种系统在大规模商业系统中运行[1-3]。

近年来，压缩空气储能系统的研究和开发已经非常活跃，出现了多种形式的系统[4-5]。为了推动和规范压缩空气储能技术优势和行业发展，相关技术标准不可缺失。但现有的相关标准多是压缩空气工业应用的通用标准，都不是针对电力储能系统应用的压缩空气储能系统而制定的。压缩空气储能系统行业迫切需要在技术规范、工程建设、试验方法、运维等关键环节制定相关标准，以满足行业规范、快速发展的需求。气从储气室释放出来，进入燃气轮机的燃烧室，与助燃空气混合，给燃料提供氧气燃烧，带动透平机发电。

图1 压缩空气储能技术原理

1 压缩空气储能技术特点及应用

1.1 技术特点

压缩空气储能系统（CAES）主要利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气，形成高压压缩空气将其储藏在高压密封设施内，在用电高峰释放出来，驱动燃气轮机发电，其工作原理如图1所示。用电低谷时，利用电能将空气压缩，并存于储气室中，使电能转化为空气的内能；用电高峰时，高压空

压缩空气储能技术主要特点如下。

（1）可无限次充放电循环，使用寿命长。压缩空气储能充放电循环的限制只与空气压缩机和汽轮机的机械性能有关，没有循环次数的限制。其使用年限在20年以上。

（2）响应速度慢，能量转换效率低。压缩空气储能充放电需要设备压缩或者释放空气推动汽轮机发电，其响应时间受到空气压缩或者释放时间的限制，无法快速响应，一般需要数秒的响应时间。另外压缩空气储能在存储和释放电能的过程中，需要以压缩空气作为中间物质，经过多重能量转换，能量转换效率不高，大型压缩空气储能技术能量转换效率在70%左右。

（3）设备规模较大，要求较大的放置空间。大型压缩空气储能在建设中需要建造一个巨大的储存压缩气体的空间，储气空间一般在洞穴、海底或者地底建造。

1.2 国内外应用

目前，世界上已有德国Huntorf电站和美国McIntosh压缩空气储能电站大型压缩空气储能电站投入商业运行。中国对压缩空气储能技术的研究开展得较晚，随着电力储能需求的快速增加，相关研究正在逐渐被重视，对压缩空气储能系统的热力性能、动态特性、经济性能和规模应用等方面进行了相关研究，但较多集中在理论方法和中小型试验层面，目前投入商业运行的大型压缩空气储能电站还没有报道。中科院工程热物理研究所2013年在廊坊建成了首套1.5 MW新型压缩空气储能示范系统；2016年在贵州毕节建成一套10 MW新型压缩空气储能示范系统，效率达60.2%；目前正在研发100 MW级新型压缩空气储能系统，预计2020年底研制完成样机，建成后额定效率将达到70%左右[6-7]。

2 压缩空气储能标准现状

2.1 已发布的相关标准

2014年，国家标准化管理委员会批准成立了全国电力储能标准化技术委员会（SAC/TC 550），主要负责承担全国范围的电力储能技术领域标准化、国家标准制修订等工作，技术对口国际电工委员会电力储能系统技术委员会（IEC/TC 120）相关机构。

目前，国内已发布的跟压缩空气相关的国家标准、行业标准共计15项，主要涉及基础通用类、工程设计类、设备制造类等几个方面，是一些适用于压缩空气工业应用的通用标准，都不是针对电力储能系统应用的压缩空气储能系统而制定[8]。截止目前，针对电力系统应用的压缩空气储能领域已发布的标准比较少，可查询并公开获得的只有4项，包括团体标准和企业标准，如表1所示。压缩空气储能领域暂无相关国家标准、行业标准、地方标准发布。

表1 中国现行的压缩空气储能领域相关标准

2.2 拟制订的标准

拟制订的标准主要集中在团体标准。2015年3月，国务院发布了《深化标准化改革方案》，第一次将团体标准作为国家标准体系的一部分；2016年2月，国家质检总局和国家标准化管理委员会联合印发《关于培育和发展团体标准的指导意见》，明确提出“国务院标准化行政主管部门组织建立全国团体标准信息平台”；2018年，修订实施后的《标准化法》赋予了团体标准法律地位。团体标准是现阶段中国政府简政放权背景下，标准化体制改革与国际接轨的必然产物，实现了“强制性标准守底线、推荐性标准保基本、行业标准补遗漏、团体标准搞创新、企业标准强质量”，构建了政府标准与市场标准协调配套的新型标准体系。

中关村储能产业技术联盟（CNESA）成立于2010年，是专注在储能领域的非营利性国际行业组织。联盟下设标准化技术委员会，开展团体标准制修订工作。目前已立项的压缩空气储能领域团体标准项目如表2所示。

表2 压缩空气储能领域拟制定的标准

为加快推进压缩空气储能电站的规模应用，在技术规范、工程建设、试验方法、运维等关键环节，需尽快研究制定压缩空气储能相关系列标准，当前比较迫切的需求主要有以下几个方面。

（1）电力储能系统技术规范方面，制定《压缩空气储能电站设计规范》等标准。

（2）工程建设方面，制定《压缩空气储能电站施工及验收规范》等标准。

（3）试验方法方面，制定《压缩空气储能电站并网测试方法》、《压缩空气储能电站并网技术条件》等标准。

（4）运行维护方面，制定《压缩空气储能电站运行维护规程》等标准。

3 结束语

技术发展，标准先行。依据国内压缩空气储能技术优势和发展战略，应尽快深入分析已有示范工程的运行状况，总结经验，开展相关技术的基础性研究，打牢标准制订支撑基础，逐步建立压缩空气储能系统标准体系；适时开展系列重要标准的制修订工作，全力开展团体标准升行业标准、国家标准的工作；进一步推动相关国家标准、行业标准、团体标准、企业标准的制订和宣贯工作，增强标准的影响力和约束力；尽快与国际接轨，分阶段、有重点地参与储能国际性标准的制订，开展国际技术交流，积极参与国际标准组织活动，争取主导国际核心标准的编制，为压缩空气储能行业发展提供技术支撑和重要引擎。