压缩空气储能技术是在可再生能源产生时收集储存，在电网需要时释放，调整供需之间的关系，提高电网运行稳定性和经济性的技术。
1949年，压缩空气储能技术由Stal Laval提出，截止到2021年12月，世界上有2个商业化运行的压缩空气储能电站，第1座是位于德国洪托夫的Huntorf 电站，第2座是立于美国亚拉巴马州的Mclntosh电站。
压缩空气储能技术主要有液化空气储能和超临界压缩空气储能。液化空气储能使用空气作为储能介质，通过电能与低温液态空气内能的相互转化，实现电能储存和管理。超临界压缩空气储能利用空气作为储能介质，通过电能与高压空气内能的相互转化，实现电能储存和管理。压缩空气储能技术可以改善电场输出功率的可控性，提高稳定性。
2023年，中国科学院工程热物理研究所和中储国能公司联合自主研发了国际首套300MW级先进压缩空气储能系统膨胀机。
历史沿革
国际发展
压缩空气储能技术于1949年，被Stal Laval提出，传统的压缩空气储能系统均为大型系统，其单机可达100MW级。世界上已有大型压缩空气储能电站投入商业运行。第一座是1978年投入商业运行的德国 Huntorf 290MW ×2h电站（后经改造提升至321MW)，该电站从热备用状态到达最大储能量只需要几分钟启动时间。第二座是于1991年投入商业运行的美国亚拉巴马州 McIntosh 110MW×26h压缩空气储能电站。第三座位于日本的Sunagawa，建于1997年，装机容量为35MW x6h。
国内发展
2014年，中国科学院工程热物理研究所先后建成了国际首套1.5MW级超临界压缩空气储能系统集成实验与示范平台;完成了10MW先进压缩空气储能系统示范运行，开展了相关实验，并优化升级了10MW透平膨胀机;完成了100MW级压缩空气储能系统方案及关键部件设计；2023年，中国科学院工程热物理研究所和中储国能公司联合自主研发了国际首套300MW级先进压缩空气储能系统膨胀机。
技术原理
液化空气储能
液化空气储能使用空气作为储能介质，通过电能与低温液态空气内能的相互转化，实现电能储存和管理。在电网用电负荷低谷期(或电价较低时)，电能驱动制冷装置将环境空气冷却直至成为液体，液态空气存储于低温储罐中;在电网负荷高峰期从储罐中释放液态空气并升压升温，然后通过膨胀机驱动发电机发电。
超临界压缩空气储能
超临界压缩空气储能利用空气作为储能介质，通过电能与高压空气内能的相互转化，实现电能储存和管理。在电网用电负荷低谷期(或电价较低时)，电能驱动压缩机将空气压缩至超临界状态（同时存储压缩热)，并利用已存储的冷能将超临界空气冷却、液化并存储；在用电高峰，液态空气加压、吸热至超临界状态（同时冷能回收)，并进一步吸收压缩热后通过膨胀机驱动发电机发电。
典型结构
压缩空气储能设备主要由压缩机组、发动机组、燃气涡轮和地下洞穴构成。压缩空气用于燃烧室中天然气燃烧，得到的高温高压气体在燃气轮机中膨胀驱动发电机产生电力，减少了燃气轮机约2/3的压缩功率消耗。
压缩空气储能系统―般包括6个主要部件:①压缩机（一般为多级压缩机带中间冷却装置);②膨胀机（一般为多级透平膨胀机带级间再热设备);③燃烧室及冷却器（用于燃料燃烧和回收废热等);④储气装置（地下或者地上洞穴或压力容器);⑤电动机/发电机（通过离合器分别和压缩机以及膨胀机连接);⑥控制系统和辅助设备（包括控制系统、燃料罐、机械传动系统、管道和配件等)。
主要特点
压缩空气储能技术是在可再生能源产生时收集储存，在电网需要时释放，调整供需之间的关系，提高电网运行稳定性和经济性的技术。压缩空气储能技术具有动态吸收能量并适时释放的特点，能有效弥补可再生能源的间歇性和波动性缺点，改善电场输出功率的可控性，提高稳定性。
在技术层面，压缩空气储能具有运行寿命长、涉网性能良好、安全风险小等优势。在经济层面，压缩空气储能目前造价水平较高，随着产业成熟和技术进步，基于盐穴和人工硐室储气的压缩空气储能造价有望低于现有大中型抽水蓄能造价水平，基于管线钢的压缩空气储能造价有望与同等规模的中小型抽水蓄能造价水平相当。
常见分类
热源分类
根据压缩空气储能系统的热源不同，可以分为燃烧燃料的压缩空气储能系统、带储热的压缩空气储能系统和无热源的压缩空气储能系统。
规模分类
根据压缩空气储能系统的规模不同，可以分为大型压缩空气储能系统（单台机组规模为100MW级及以上)、小型压缩空气储能系统（单台机组规模为10MW级）和微型压缩空气储能系统（单台机组规模为10kW级)。
储能系统分类
根据压缩空气储能系统是否同其他热力循环系统耦合，可以分为传统压缩空气储能系统、压缩空气储能–燃气轮机耦合系统、压缩空气储能–燃气蒸汽联合循环耦合系统、压缩空气储能–内燃机耦合系统、压缩空气储能–制冷循环耦合系统和压缩空气储能―可再生能源耦合系统等。
传统压缩空气储能系统的基本原理源于燃气轮机系统，所不同的是:燃气轮机系统的压缩机与透平同时工作，压缩机消耗部分透平功用来压缩空气;传统压缩空气储能系统分为储能、释能两个工作过程，当用电低谷时多余的电力(来自热电厂、核电站或者可再生能源电站）被用来驱动压缩机，产生高压空气并存储。当用电高峰时压缩空气通过燃烧室获得热能，然后进入透平做功，产生电力。
应用领域
压缩空气储能技术具有广泛的应用场景，在电网侧，压缩空气储能具备调峰、调频、调相、旋转备用和黑启动等众多功能，可有效提高电网运行的安全性和经济性;在电源侧，压缩空气储能可与光伏、风电相结合，构成风储或光伏一体化系统，提升新能源发电消纳率;在负荷侧，压缩空气储能可充分利用多能联储、多能联供特性，以其为枢纽构建综合能源系统，提高能源综合利用效率。
相关事件
2023年，中国科学院工程热物理研究所和中储国能公司联合自主研发了国际首套300MW级先进压缩空气储能系统膨胀机。膨胀机是压缩空气储能系统的核心部件，具有负荷高、流量大、流动传热复杂、高效宽工况运行要求高等技术难点。集成测试中，各项测试结果均达到或超过设计指标。
参考资料
二〇二三，科技创新实现新突破-腾讯新闻.腾讯新闻.2023-12-28