储能|超大号电池——压缩空气储能技术的“前世今生” 储能系统的产生

储能系统的产生
在热力/化工系统循环中，物质的能量在整个过程中不断变化，且系统与外界环境发生物质或能量交换。以燃气轮机发电系统为例，其工作过程是以气体为工质的布雷顿循环：空气在压缩机中被压缩升压（能量次高位）；高压空气进入燃烧室中与燃料燃烧产生高温高压的燃气（能量高位）；燃气进入膨胀机中做功，带动发电机发电；做功后的低温低压气体排入大气（能量低位）。

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图1燃气轮机—布雷顿循环
实际生产/生活中，产能装置的可产能和用能设备的用能往往存在不匹配现象，比如波动的风电产能和用户用能，又比如夜晚发电厂的可发电量和用户用电量，因此需要在产能多时储能，用能多时用储存的能量，实现产能装置的高效运行和充分利用。
那么储能系统如何产生呢？根据热力/化工循环中工质的能量低位和能量高位的差别，通过“切断”循环，便可实现储能的目的。由于循环过程被打断，建立的储能系统可利用“非同时进行”循环过程中与外界的能量交换实现能量在时间上的平移，而“切断”产生的储存点应该具备可储存、高能量密度和性能稳定的特征。
例如，太阳能热化学储能系统针对典型热化学循环过程进行循环的切断，实现了能量的时间平移，在能多时，利用热化学原理，吸收太阳能并将其转化为稳定合成气的化学能进行储存，能少时，通过储存合成气的氧化/分解等反应释放其化学能。
除了“切断”热力/化工循环可产生储能系统外，储能系统还可由一般自发动力/传热/化学等过程和其逆过程的结合而来，以抽水蓄能系统为例，其正向工作过程为自发的水利发电过程，逆向过程为通过抽水泵将低位水抽向高位蓄水库的过程，这种将产能过程和其逆过程合并形成储能系统是储能系统的另一种组织形式。
在目前的大规模储能技术中，以上所述的抽水蓄能系统是技术最为成熟，装机占比最高的储能系统，但其具有能量密度低、地理限制（由于对水资源、地势差的要求，中国抽水蓄能电站主要分布于中东部地区）等缺点。面向未来风/光发电量与用电负荷之间的电力不平衡对储能系统的巨大需求，以及我国风/光能源地理分布上的“三北”特征（主要分布于正北、西北、东北区域），需要发展能量密度更高、地理适应性更强的储能系统。而具有规模大、适用性强、效率高、成本低、环保等优点的压缩空气储能系统，被认为是最具发展潜力的大规模储能技术之一。

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图2太阳能热化学储能系统

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图3抽水蓄能系统
压缩空气储能系统
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，其技术原理发展自燃气轮机。
【储能|超大号电池——压缩空气储能技术的“前世今生”】燃气轮机是由高速旋转叶轮构成的，将燃料燃烧产生的热能直接转换成机械功对外输出的回转式动力机械。由于其具有功率密度大（体积小、重量轻）、起动速度快、少用或不用冷却水等一系列优点，从1906年世界上第一台燃气轮机诞生至今，燃气轮机技术已经进入航空、航海、电力、工业压缩输送等领域并得到了迅速的发展。