壓縮空氣儲能技術(shù)作為最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模電力儲能技術(shù)，可實現(xiàn)可再生能源的平滑波動,、跟蹤調(diào)度輸出,、調(diào)峰調(diào)頻等關(guān)鍵技術(shù)難題，使可再生能源發(fā)電實現(xiàn)穩(wěn)定可控輸出,，滿足其接入并網(wǎng)的要求,，從而為可再生能源的大規(guī)模利用提供了解決方案。

中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心主任陳海生告訴《中國科學(xué)報》記者,，該所于2009年在國際上首次提出了超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng),。該系統(tǒng)具有儲能高效、密度高,、環(huán)保等優(yōu)點,，系統(tǒng)同時解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)對大型儲氣室和化石燃料的依賴，具有顯著的先進性和創(chuàng)新性,。

早在2013年,，工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心便完成了對1.5兆瓦級超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)的示范工作，此系統(tǒng)性能指標(biāo)高于國際同等規(guī)模壓縮空氣儲能系統(tǒng),。目前,，該所正在著力開展對10兆瓦級超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)的研發(fā)與示范工作，并已完成了系統(tǒng)主要部件的研發(fā)工作,，目前正在進行系統(tǒng)的集成,，預(yù)計將在2016年完成全部的示范任務(wù)。

現(xiàn)有產(chǎn)品均無法滿足需求

據(jù)了解,，10兆瓦超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括寬負(fù)荷壓縮機,、高負(fù)荷透平膨脹機,、緊湊式蓄冷（熱）/換熱器三大核心部件。

10兆瓦超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)中的透平膨脹機具有大流量,、大功率,、大膨脹比、高負(fù)荷等特點,。而目前應(yīng)用于渦輪增壓器,、小型燃?xì)廨啓C和微型渦輪發(fā)動機的向心透平膨脹機，其流量小且功率也??；應(yīng)用于航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C中的軸流透平膨脹機，級膨脹比小,、入口壓力低,。因此，現(xiàn)有的工業(yè)應(yīng)用透平膨脹機均無法滿足超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)的特殊技術(shù)要求,。

“高負(fù)荷透平膨脹機作為10兆瓦超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)的核心部件之一,，系統(tǒng)對其性能參數(shù)有特殊要求。目前市場上還沒有滿足此類系統(tǒng)要求的現(xiàn)成產(chǎn)品,，需要儲能團隊重新進行設(shè)計和研發(fā),，但由于特殊的技術(shù)要求，研發(fā)難度很大,?！标惡Ｉ榻B說。

掌握核心設(shè)計技術(shù)

依托中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長基金重點項目“10兆瓦級先進壓縮空氣膨脹機的研究與實驗”,，儲能研發(fā)中心團隊對10兆瓦級超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)釋能過程關(guān)鍵核心部件――超臨界空氣膨脹機開展了相關(guān)研究與試驗工作,。該項目總體目標(biāo)是全面掌握10兆瓦級超臨界空氣膨脹機的研發(fā)設(shè)計方法與技術(shù)，并完成部件和系統(tǒng)的集成驗證實驗,。

為解決上述一系列難題,，團隊于2012年底率先開展了高負(fù)荷透平膨脹機的整體研制工作。該膨脹機要求具有體積流量跨度大,、膨脹比大等特點,，同時科研人員根據(jù)速比和體積流量計算分析，該膨脹機需采用向心透平加軸流透平的組合式結(jié)構(gòu)型式,。

“這對現(xiàn)有的設(shè)計和分析方法是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),，需要在研制過程中對現(xiàn)有一維、準(zhǔn)三維設(shè)計和全三維流場分析程序進行進一步的完善和發(fā)展,?！标惡ＩM一步介紹，“首先我們采用具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計程序進行正反問題氣動設(shè)計分析，然后在完成氣動設(shè)計基礎(chǔ)上進行強度校核和轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析,，并根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計需要及國內(nèi)現(xiàn)有加工水平進行反復(fù)校核和優(yōu)化,，最終完成了高效、緊湊,、高負(fù)荷透平膨脹機的整機設(shè)計,，從而完全掌握了超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)關(guān)鍵部件的核心設(shè)計技術(shù)，形成了一整套完善的適用于高負(fù)荷透平膨脹機的研發(fā)設(shè)計體系,?！?

如今10兆瓦級超臨界空氣膨脹機機械變速與控制系統(tǒng)已圓滿完成了廠內(nèi)試車，各項指標(biāo)均已達到設(shè)計要求,，試驗值與設(shè)計計算值吻合良好,。

可實現(xiàn)效益倍增

超臨界壓縮空氣儲能技術(shù)不僅可實現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)和智能電網(wǎng)的負(fù)荷平衡，提高可靠性與穩(wěn)定性,，還可以大幅提高火電機組實際運行效率,，增強電網(wǎng)的輸電能力，有效提高燃煤機組的總負(fù)荷系統(tǒng)及電網(wǎng)利用系統(tǒng),，也可作為工業(yè)節(jié)能、應(yīng)急電源的關(guān)鍵支撐技術(shù),。

據(jù)陳海生介紹,，超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)的應(yīng)用將為國家?guī)砭薮笊鐣б妗⒔?jīng)濟效益和環(huán)境效益,。利用超臨界壓縮空氣儲能技術(shù)可有效減小我國棄風(fēng)光率,，提高我國傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和分布式能源系統(tǒng)的效率，實現(xiàn)節(jié)能減排,，同時可增加就業(yè)機會,。

陳海生指出，以可再生能源發(fā)電為例,，到2020年,，風(fēng)電和太陽能并網(wǎng)裝機分別達到2億兆瓦和5000萬兆瓦，但我國棄風(fēng)光嚴(yán)重,，如果利用該壓縮空氣儲能技術(shù)會將棄風(fēng)光率減少至零,，這將使我國每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7000萬噸，減少二氧化碳排放2.5億噸,。

此外,，超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)的生產(chǎn)與應(yīng)用還將為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。以10兆瓦/80兆瓦時的壓縮空氣儲能電站為例,，產(chǎn)業(yè)化后的單位造價為1500元/千瓦時,，發(fā)電銷售利潤總額可達3.32億元/年，投資回收期為6至7年。