习近平总书记提出了“四个革命、一个合作”的能源战略思想,在落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》任务的同时,着重提出促进储能技术与产业发展。新型储能可有效解决可再生能源(风光)间歇性、不稳定性的难题。国家发展改革委、国家能源局于2022年1月发布《“十四五”新型储能发展实施方案》确定新型储能的战略定位,深入推动新型储能的高质量发展。2024年3月5日,“两会”政府工作报告指出推动分布式能源开发利用,发展新型储能。
压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage, CAES)是一种物理型的新型储能技术。其原理是光伏/风电供过于求时储存压缩空气,供不应求时释放压缩空气发电,调整能源供需之间的关系,改善发电输出功率的可控性、提高稳定性。
集中式压缩空气储能依赖于天然洞穴储存压缩空气,目前主要用于集中式光伏/风电的场景。随着分布式能源的逐步推广,以及工业园光伏供电、海上及偏远地区供电和电动车充电等应用场景的增加,分布式压缩空气储能的市场需求逐步增加,以高压储罐替代天然洞穴的高压空气储能是本领域研究的趋势。
高压空气储能涉及流体传动与驱动、多相流与传热传质、电气工程和控制工程等多学科的交叉融合,一般使用液压和电动的方式实现电能与机械能的转换,使用气动的方式储存能量,使用控制器调控能量供需匹配。高压空气储能是伴随有气-液的流动、热和冷的产生与传递、水蒸气的蒸发与冷凝等多物理过程耦合的复杂过程,面临如下挑战:(1)气-液耦合驱动过程能量损失机理不明、能量转换效率低;(2)变工况致驱动系统性能衰减特性不明、运行工况范围窄;(3)变负荷致驱动功率匹配与控制方法不明、动态响应性能不足;这就导致了现有高压空气储能效率低、工况适应性差、负荷响应不足,还处于应用基础研究阶段。