【環(huán)球新視野】中儲(chǔ)國能總經(jīng)理 紀(jì)律：壓縮空氣儲(chǔ)能的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化｜ WISE2022未來能源創(chuàng)投新風(fēng)向大會(huì)

11月29日，36氪WISE2022未來能源創(chuàng)投新風(fēng)向大會(huì)順利舉辦。今年我們以「臨界點(diǎn)」為主題，聚焦新能源市場，涵蓋鋰離子電池、鈉離子電池、風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能、氫能、電動(dòng)汽車等多個(gè)細(xì)分場景，通過匯聚新能源產(chǎn)業(yè)、資本、學(xué)術(shù)等領(lǐng)域的朋友，全方位探討當(dāng)下我國新能源市場的產(chǎn)業(yè)生態(tài)與發(fā)展變革，展望未來新能源產(chǎn)業(yè)的趨勢動(dòng)向與新增長點(diǎn)。

大會(huì)上，中儲(chǔ)國能總經(jīng)理紀(jì)律發(fā)表了題為《壓縮空氣儲(chǔ)能的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化》的主題演講。紀(jì)律認(rèn)為，儲(chǔ)能是能源革命的重要支撐技術(shù)，壓縮空氣儲(chǔ)能作為典型的大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線，具有規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染等特點(diǎn)，目前技術(shù)已經(jīng)逐步成熟并達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的初期，在雙碳大環(huán)境下將迎來廣闊的發(fā)展空間。

以下是紀(jì)律演講實(shí)錄（經(jīng)36氪整理編輯）：

(資料圖片僅供參考)

各位觀眾朋友大家好，我是中儲(chǔ)國能公司紀(jì)律，非常榮幸能夠參加WISE大會(huì)向大家介紹我們公司的情況以及我們在壓縮空氣儲(chǔ)能方面的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。今天我介紹的內(nèi)容主要包括以下四個(gè)部分。

一、研發(fā)背景

眾所周知，我們現(xiàn)在處在雙碳大環(huán)境下，雙碳目標(biāo)的提出首當(dāng)其沖的是能源領(lǐng)域——碳排放最大的產(chǎn)業(yè)，會(huì)加速能源革命的進(jìn)程。能源革命的一條主線是零碳的風(fēng)光等新能源逐步成為主體能源，替代傳統(tǒng)的化石能源。但是風(fēng)光能源的大發(fā)展，其先天不足，間歇性、不穩(wěn)定性、周期性等非人為可控的因素需要解決，儲(chǔ)能是根本的調(diào)節(jié)手段。所以伴隨著風(fēng)光發(fā)電的大發(fā)展和構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)勢必迎來快速增長，所以儲(chǔ)能現(xiàn)在也被稱作能源革命的重要支撐技術(shù)。

現(xiàn)在儲(chǔ)能技術(shù)分很多種，如抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪都屬于物理形式儲(chǔ)能，各種各樣的電池屬于化學(xué)儲(chǔ)能，超導(dǎo)、超級電容有的將其歸類為電磁儲(chǔ)能，也有的歸類為物理儲(chǔ)能，還有其他的新型儲(chǔ)能技術(shù)路線，比如現(xiàn)在非常熱的氫燃料電池，也是儲(chǔ)能的一種。

不同的儲(chǔ)能技術(shù)有各自不同的特點(diǎn)，適合用在電力系統(tǒng)的不同領(lǐng)域。電力系統(tǒng)對于儲(chǔ)能有些需要大規(guī)模長時(shí)做調(diào)峰、能量管理、負(fù)荷平衡，比如壓縮空氣、抽水蓄能等屬于大規(guī)模長時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)；而有些需要短時(shí)瞬時(shí)響應(yīng)，做調(diào)頻、輔助服務(wù)、電能質(zhì)量管理，如飛輪、超導(dǎo)、超電容等屬于典型的功率型儲(chǔ)能；電池基本上處于上述兩類儲(chǔ)能技術(shù)之間。所以，不同的技術(shù)有各自的適用場景，發(fā)揮不同的功能，目前幾個(gè)主流儲(chǔ)能技術(shù)基本上是齊頭并進(jìn)的發(fā)展態(tài)勢。

二、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)介紹

下面具體介紹壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)類似于抽水蓄能，是典型的大規(guī)模、長時(shí)、物理形式的儲(chǔ)能，其基本原理是：當(dāng)有余電、廢電，電無法利用、需要儲(chǔ)存時(shí)，可以通過電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)把空氣壓縮儲(chǔ)存，過程中產(chǎn)生的熱也用儲(chǔ)熱技術(shù)進(jìn)行回收，等于將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為空氣的壓力能和一部分熱能；在需要發(fā)電時(shí)，把高壓空氣釋放，用儲(chǔ)存的壓縮熱給空氣預(yù)熱升溫，再用高溫高壓空氣沖轉(zhuǎn)膨脹機(jī)，由膨脹機(jī)輸出軸功發(fā)電，等于又將空氣的壓力能和一部分熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能。它的發(fā)電過程和傳統(tǒng)的火電、水電類似，但做功介質(zhì)不一樣。火電是水蒸氣驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而壓縮空氣儲(chǔ)能是空氣驅(qū)動(dòng)空氣透平轉(zhuǎn)動(dòng)，都屬于葉輪機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)以后直接輸出軸功，帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種機(jī)械式發(fā)電方式是非常成熟、穩(wěn)定可靠的。

這項(xiàng)技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：規(guī)模大，單機(jī)可達(dá)到百兆瓦以上；適合大容量儲(chǔ)能，儲(chǔ)能容量是4-10個(gè)小時(shí)；建設(shè)和運(yùn)營成本相對較低；整個(gè)系統(tǒng)全是機(jī)械設(shè)備，壽命在30年以上，如果檢修、維護(hù)做得好，壽命到四五十年也是可實(shí)現(xiàn)的；整個(gè)過程沒有任何化石燃料燃燒，不會(huì)有污染物的排放；沒有地域條件限制，選址更加靈活；空氣作為介質(zhì)比較安全，沒有燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；機(jī)械式發(fā)電比較成熟、穩(wěn)定、可靠；這項(xiàng)系統(tǒng)最核心的功能是儲(chǔ)電，但運(yùn)行過程中還會(huì)產(chǎn)生一部分熱和冷，某種意義上可以實(shí)現(xiàn)冷熱電的三聯(lián)供。它的主要功能是調(diào)峰，就是削峰填谷、負(fù)荷平衡，同時(shí)運(yùn)行起來也可以做調(diào)頻，其具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也可以做調(diào)相、電壓穩(wěn)定的事情，又可以做旋轉(zhuǎn)備用、應(yīng)急響應(yīng)、黑啟動(dòng)，功能和抽水蓄能高度一致。

這是美國能源部在2020年底的報(bào)告“電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能成本和功能分析”，其中標(biāo)出來的圓圈代表壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。報(bào)告分析和我們的判斷基本一致，首先這項(xiàng)技術(shù)適合大規(guī)?！?00兆瓦以上的功率等級，同時(shí)適合做長時(shí)——4-10個(gè)小時(shí)。按照現(xiàn)階段以及未來的趨勢，壓縮空氣儲(chǔ)能的單位成本在所有儲(chǔ)能技術(shù)里較低，核心原因是它的儲(chǔ)能介質(zhì)是零成本的空氣，主要成本是設(shè)備投入，所以成本優(yōu)勢明顯。

三、中儲(chǔ)國能在壓縮空氣儲(chǔ)能方面的進(jìn)展

下面介紹一下我們團(tuán)隊(duì)在壓縮空氣儲(chǔ)能方面的工作進(jìn)展。中儲(chǔ)國能公司技術(shù)來源于中國科學(xué)院工程熱物理研究所，研究所從2004年開始壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究，到今年已是第18年，走過了從基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)突破到示范、產(chǎn)業(yè)化的全過程。我們最早從千瓦級起步，2013年在河北廊坊建成了國際首套1.5兆瓦超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，2016年在貴州畢節(jié)建成國際首套10兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，去年在張家口完成了國際首套百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)，今年9月30日實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電，同時(shí)去年已經(jīng)啟動(dòng)了300兆瓦系統(tǒng)研發(fā)，計(jì)劃明年底完成第一個(gè)示范項(xiàng)目的建設(shè)，我們是一步一個(gè)臺階發(fā)展而來的。我們團(tuán)隊(duì)最核心的競爭力是開展壓縮空氣儲(chǔ)能的全套核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，沒有任何技術(shù)受制于人或者依托于外單位，不會(huì)出現(xiàn)卡脖子的問題，這是我們團(tuán)隊(duì)最核心的競爭力。

2018年底，我們把壓縮空氣儲(chǔ)能百兆瓦級的全套知識產(chǎn)權(quán)作價(jià)入股，吸引投資成立了合資公司——中儲(chǔ)國能公司。中儲(chǔ)國能是中國科學(xué)院工程熱物理研究所百兆瓦級壓縮空氣儲(chǔ)能唯一的產(chǎn)業(yè)化平臺公司，可以提供壓縮空氣儲(chǔ)能全套系統(tǒng)解決方案，未來研究所的所有工程項(xiàng)目都由中儲(chǔ)國能及其子公司承接完成，目前我在公司任總經(jīng)理。研究所研發(fā)團(tuán)隊(duì)目前大約160余人，公司的產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)有80余人，整體240余人，是目前國內(nèi)最大的物理儲(chǔ)能研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)最近十年發(fā)表論文600余篇，申請專利500余項(xiàng)，授權(quán)有300余項(xiàng)，據(jù)第三方統(tǒng)計(jì)，在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域的全球科研機(jī)構(gòu)和高校中，排名第一。我們累計(jì)承擔(dān)各類科研項(xiàng)目140余項(xiàng)，科研經(jīng)費(fèi)整體約7億元，同時(shí)拿到了日內(nèi)瓦的國際發(fā)明展金獎(jiǎng)、北京市科學(xué)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、北京市科技發(fā)明一等獎(jiǎng)等一系列國際和國內(nèi)的重要獎(jiǎng)項(xiàng)。

我們建立了三個(gè)大型實(shí)驗(yàn)基地：兆瓦級實(shí)驗(yàn)基地2013年在河北廊坊建成；10兆瓦實(shí)驗(yàn)基地2016年在貴州畢節(jié)建成；目前正在南京建設(shè)百兆瓦和未來三百兆瓦的實(shí)驗(yàn)基地，該基地于前年啟動(dòng)建設(shè)，今年年底封頂，明年投入使用。這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)基地總投資13.5億元，共需要建設(shè)72個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺，目前已經(jīng)建成54個(gè)，包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)臺、單元部件實(shí)驗(yàn)臺和系統(tǒng)集中測試實(shí)驗(yàn)臺。工欲善其事，必先利其器，這些都是我們重要的研究手段和基礎(chǔ)。2014年，我們獲批了國家能源大規(guī)模物理儲(chǔ)能研發(fā)中心，這也是國內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域第一個(gè)國家級的研發(fā)平臺。

在之前的工作基礎(chǔ)上，我們已經(jīng)建成的工程示范項(xiàng)目一共有5個(gè)，包括兩個(gè)1.5兆瓦項(xiàng)目、兩個(gè)10兆瓦項(xiàng)目和一個(gè)百兆瓦項(xiàng)目。最早的1.5兆瓦項(xiàng)目于2013年在河北廊坊建成，效率達(dá)到52.1%，當(dāng)時(shí)是國際首套1.5兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能的示范系統(tǒng)，也通過了國家863項(xiàng)目驗(yàn)收和中國科學(xué)院的技術(shù)成果鑒定。2016年，我們在貴州畢節(jié)建成國際首套十兆瓦新型壓縮空氣儲(chǔ)能的示范系統(tǒng)，效率達(dá)到60.2%，當(dāng)時(shí)也通過了國家863項(xiàng)目的驗(yàn)收。去年，我們在山東肥城建成了國際首套10兆瓦鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能的示范電站，8月份建成，9月23日完成驗(yàn)收投入運(yùn)行，這個(gè)項(xiàng)目在今年7月份獲準(zhǔn)參與了山東省的電力現(xiàn)貨市場交易，也是我國第一個(gè)參與現(xiàn)貨市場的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目。我們的第一個(gè)百兆瓦項(xiàng)目是在張家口國家可再生能源示范區(qū)內(nèi)建成，項(xiàng)目規(guī)模100兆瓦，系統(tǒng)投資約7億元，占地85畝。這個(gè)項(xiàng)目是國家級示范項(xiàng)目，國家可再生能源示范區(qū)的示范項(xiàng)目，得到了國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展專項(xiàng)和中國科學(xué)院A類先導(dǎo)專項(xiàng)重點(diǎn)支持。項(xiàng)目在2020年6月份開工，去年8月份完成了土建施工，開展設(shè)備安裝，去年年底完成了全部的建設(shè)工作，整個(gè)系統(tǒng)并網(wǎng)受電，也就是反送電成功，開始做系統(tǒng)的帶電調(diào)試，今年9月份完成調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電運(yùn)行。這個(gè)項(xiàng)目是目前國際首套百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范電站，也是目前國際是規(guī)模最大、性能最優(yōu)的新型壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。

最近國家對壓縮空氣儲(chǔ)能一直比較關(guān)注和支持?！笆奈濉币?guī)劃明確指出支持壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展。同時(shí)，去年年底的新型儲(chǔ)能技術(shù)指導(dǎo)意見及今年年初的實(shí)施方案都把壓縮空氣儲(chǔ)能——特別是百兆瓦級的壓縮空氣儲(chǔ)能列在非?？壳暗奈恢?。2019年，我們推動(dòng)百兆瓦級壓縮空氣儲(chǔ)能列入國家工信部首臺（套）重大裝備推廣指導(dǎo)名錄，可以享受國家工信部首臺（套）政策。去年年底，我們黨山東肥城十兆瓦項(xiàng)目和張家口的百兆瓦項(xiàng)目也入選了國家能源局能源領(lǐng)域首臺（套）重大裝備名單，可以享受國家能源局的首臺（套）政策。另外，張家口市張北縣的百兆瓦示范項(xiàng)目和張家口市的裝配生產(chǎn)線得到國家發(fā)改委專項(xiàng)資金以及中國科學(xué)院A類先導(dǎo)專項(xiàng)支持，中央財(cái)政一共為百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供了大概兩億元經(jīng)費(fèi)支持，300兆瓦的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)攻關(guān)也獲得了國家專項(xiàng)支持。另外，我們的工作也獲得了中央電視臺等主流媒體的報(bào)道以及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)注，很多領(lǐng)導(dǎo)到項(xiàng)目現(xiàn)場考察和指導(dǎo)工作，國家相關(guān)部委對于我們的工作一直比較關(guān)注和支持。

我們公司的商業(yè)模式主要分兩類：一是提供壓縮空氣儲(chǔ)能全套的系統(tǒng)解決方案，類似于交鑰匙工程，以一買一賣的方式來做，一個(gè)百兆瓦級系統(tǒng)的投資額大概在5-8億元，資金可以盡快回籠。二是投資運(yùn)營商，針對優(yōu)質(zhì)的電站、經(jīng)濟(jì)性比較好的，公司也可以參與投資，通過電站的長期運(yùn)行，獲取比較穩(wěn)定的收益，按照現(xiàn)有的電價(jià)政策，壓縮空氣儲(chǔ)能比較好的項(xiàng)目收益大概十年以內(nèi)能夠回收，差一點(diǎn)的項(xiàng)目回收期大概為10-15年。電站壽命通常在30-50年，初投資比較大，但是未來能獲取長期穩(wěn)定收益，屬于重資產(chǎn)投入。

壓縮空氣儲(chǔ)能主要走大規(guī)模長時(shí)路線，所以主要應(yīng)用場景是電網(wǎng)側(cè)和電源側(cè)。我們的用戶主要是電網(wǎng)公司，以及能源央企和地方國企。如剛才所說，由于能源電站屬于重資產(chǎn)投入，商業(yè)模式是面向大企業(yè)的銷售模式。目前，我們在全國范圍內(nèi)已經(jīng)建成的項(xiàng)目一共有5個(gè)，共123兆瓦，今年已經(jīng)啟動(dòng)的項(xiàng)目一共6個(gè)，共1265兆瓦；同時(shí)，我們已經(jīng)完成備案寫入規(guī)劃的儲(chǔ)備項(xiàng)目大概1800兆瓦，整體規(guī)模超過3000兆瓦，總投資超過200億。這也說明壓縮空氣儲(chǔ)能的市場空間非常大，產(chǎn)業(yè)化前景比較好。

從市場層面看，整個(gè)儲(chǔ)能市場無論在國內(nèi)還是國際，都公認(rèn)是數(shù)萬億級的市場規(guī)模，并處于發(fā)展初期。目前國際儲(chǔ)能裝機(jī)總量209.4GW，占電機(jī)總裝機(jī)比例約為2.7%；國內(nèi)的儲(chǔ)能裝機(jī)總量截止去年底為46.1GW，占電機(jī)總裝機(jī)比例約為1.7%，未來占電力總裝機(jī)的比例要增長到10%-15%，增長空間非常大，是處于發(fā)展初期的藍(lán)海。我們公司在去年是實(shí)際運(yùn)行的第一年，完成了張家口項(xiàng)目6.98億合同的簽署，希望通過后續(xù)幾年的努力，到“十四五”末，能夠?qū)崿F(xiàn)每年銷售十幾臺電站、達(dá)到百億產(chǎn)值。據(jù)我們判斷，壓縮空氣儲(chǔ)能是比較稀缺的大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線，在未來新增的儲(chǔ)能市場，估計(jì)至少有30%甚至更多的儲(chǔ)能市場份額。

四、壓縮空氣儲(chǔ)能面臨的挑戰(zhàn)

壓縮空氣儲(chǔ)能下一步也將面臨很多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步發(fā)展。

首先，技術(shù)性能有待進(jìn)一步提高。目前我們兆瓦級的系統(tǒng)效率約為52%，10兆瓦系統(tǒng)效率約為60%，百兆瓦系統(tǒng)效率約為70%，距離壓縮空氣儲(chǔ)能的理論極限效率75%，還有一定上升空間，后續(xù)要逐步逼近75%的極限效率。同時(shí)電站的運(yùn)行智能化程度有待進(jìn)一步提高，需要提升電站整體運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和效率。

第二，系統(tǒng)成本有待進(jìn)一步下降。目前，百兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化之后約1000-1200元/千瓦時(shí)的單位容量初投資。未來，隨著設(shè)備規(guī)模化生產(chǎn)和訂單逐漸增多，初投資有望降到1000元/千瓦時(shí)以下。目前百兆瓦系統(tǒng)全壽命周期的度電成本約為0.2-0.3元千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)未來可以降到0.2元/千瓦時(shí)以內(nèi)，將更具經(jīng)濟(jì)性。

第三，目前整個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能還沒有形成成熟穩(wěn)定的電價(jià)機(jī)制和可復(fù)制的商業(yè)模式，而這其實(shí)是很多新型儲(chǔ)能技術(shù)共同面臨的問題。

結(jié)束語

雙碳大環(huán)境對于能源領(lǐng)域有深遠(yuǎn)的影響，推動(dòng)能源變革，而儲(chǔ)能是能源革命的重要支撐技術(shù)，獲得了越來越多的關(guān)注和支持。壓縮空氣儲(chǔ)能是典型的大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線，特點(diǎn)是規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染。我們團(tuán)隊(duì)在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域深耕18年，我們判斷目前技術(shù)已經(jīng)逐步成熟并達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的初期，后續(xù)需要國家政策支持、企業(yè)用戶支持和團(tuán)隊(duì)的共同努力，希望能把壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)真正發(fā)展起來。

今天主要介紹內(nèi)容就是這么多，謝謝大家！

關(guān)鍵詞： 壓縮空氣 抽水蓄能 中國科學(xué)院