储能|超大号电池——压缩空气储能技术的“前世今生”( 四 ) 储能系统的产生

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图11一种LAES系统原理图
超临界压缩空气储能系统（SC-CAES）
SC-CAES系统为陈海生研究员提出，其利用空气的超临界特性，在蓄热/冷过程中高效传热/冷，并将空气以液态形式储存，实现系统高效和高能量密度的优点，系统兼具TS-CAES和LAES的特点，同时摆脱了依赖大型储气室和化石燃料的问题。如图为一种SC-压缩空气储能系统原理图，其工作原理为：在用电低谷，空气被压缩到超临界状态（T>132K ， P>37.9bar），并在蓄热/换热器中冷却至常温后，利用存储的冷能将其等压冷却液化，经节流/膨胀降压后常压存储于低温储罐中，同时空气经压缩机的压缩热被回收并存储于蓄热/换热器中；在用电高峰，液态空气经低温泵加压至超临界压力后，输送至蓄冷/换热器被加热至常温，再吸收储能过程中的压缩热后经膨胀机膨胀做功，同时液态空气中的冷能被回收并存储于蓄冷/换热器中。

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图12一种SC-CAES系统原理图
综上，各类压缩空气储能技术均具有其自身优势和一定的局限性，但整体来看，蓄热式压缩空储能系统效率较高，具备较为成熟的技术，加之我国有大量的盐洞、废弃矿洞，利用已有洞穴建设低成本的压缩空气储能系统非常有发展前景，因此TS-CAES系统有望在未来几年得到广泛关注和应用。
LAES系统和SC-CAES系统由于具有较高的能量密度，占地面积小，将在无天然洞穴地区受到越来越多的青睐，特别是SC-CAES系统还具有较高效率的优点，其吸引力将更大，但目前仍需进行进一步的技术突破，提高系统效率。 UW-CAES系统由于其工作环境，有望在海洋中得到一定应用，未来水下储气装置技术成熟后，可在海洋环境如海上风电储存方面得到一定应用。
I-CAES系统由于无蓄热装置，待等温技术成熟后，系统可兼具流程简单和效率高的优点，但系统能量密度较低，使其在大规模储能领域受限。同时未来，考虑到产能方式及用能方式的多样性，压缩空气储能可与其他热力系统耦合，充分发挥其在促进耦合系统变工况运行上的优势。
除了技术方面的改进，经过多年的应用研究，压缩空气储能系统的应用场景也得到了极大的拓宽。大规模时，其可用于电力系统削峰填谷、可再生能源平滑波动、可再生能源/工业余热耦合利用、火电厂/核电厂变工况辅助运行等，中小规模时，可用于分布式能源系统、分布式微电网、压缩空气储能汽车、无人机弹射技术等方面。
在产业化方面，相对于欧美国家，我国的压缩空气储能产业整体起步较晚，但发展很快。 2011年，中国科学院工程热物理研究所率先建成了国际首个超临界压缩空气储能实验平台（15KW）；基于该技术及持续的研究工作， 2013年，工程热物理所就在河北廊坊建成了MW级的先进压缩空气储能（集成超临界和蓄热式压缩空气储能系统）示范项目，系统效率达到52.1%；进一步，又于2016年底在贵州毕节建成10MW的先进压缩空气储能系统，系统效率进一步提升至60%；而目前正在河北张家口建设的100MW先进压缩空气储能系统，预计2021年底建成，其系统目标效率将达到70% ，单位装机成本降低至450-750美元/kW ，已接近抽水蓄能电站的效率及单位装机成本，该系统有望在未来得到广泛应用。
未来碳中和背景下可再生能源发电占比的提升将进一步拉动储能需求，同时压缩空气储能技术进步带来的规模、效率的提升也将推动压缩空气储能成本的不断下降，拓宽压缩空气储能的应用场景。而国家碳交易市场的建立将进一步带动能源市场环保性、经济性要求，也会推动压缩空气储能系统的商业应用。