清华大学教授郑天文：先进绝热压缩空气储能成本与效率与抽水蓄能相当
中国化学与物理电源行业协会储能应用分会产业政策研究中心统计数据显示，截止到2017年底，全球光热及风光发电并网储能项目共计246个，装机总规模达10.3GW。新能源发电侧建大型储能电站对促进可再生能源消纳，缓解日益突出的弃风、弃光问题，提高电网安全稳定运行水平意义重大，备受行业关注。
9月19日-20日，2018首届全国发电侧储能技术与应用高层研讨会在西安召开，就进一步推进储能在发电侧上的项目规划、安全施工、系统集成技术应用、运营模式、电网接入、标准体系、风光储电站考核机制、调度模式、储能项目备案、审批流程和体制机制等方面展开深入讨论。
清华大学电力系统国家重点实验室教授、长江学者郑天文出席会议并发表专题演讲《先进绝热压缩空气储能关键技术及应用》。
以下为发言实录：
郑天文：尊敬的各位领导、各位来宾，大家早上好，我是来自清华四川能源互联网研究院的郑天文，受教授委托进行今天的汇报，我汇报的题目是《先导绝热压缩空气储能关键技术及应用》。
汇报主要从以下四个方面开展，首先说一下我们能源电力的发展大背景。我们知道新能源发展非常快，消纳也比较困难，以2017年新能源发展为例，并网发电量超过4000亿度，加上三弃电量超过了1000亿度，相当于弃掉了一个三峡，这个数据也是非常巨大的。
第二个就是随着电网容量的不断扩大，部分电网峰谷差比较大，电网的调节能力非常有限，在新能源发电不确定性，波动性、随机性的特点下，新能源电力市场存在调频、调压等挑战，毋庸置疑，储能、大规模储能瓶颈问题的关键技术，也是今天这个储能会议大的背景。储能进入2016年进入了快车道的发展模式，在北美、欧洲蓬勃发展，在印度等地也蓬勃发展起来，中国出台了一系列的政策，进入了商业化的初期阶段。从这个表我们可以看出不同的储能机构有不同的预测数据，但是大方向就是可再生能源等领域储能与日俱增，2030年储能会超过20G的容量，可以预见储能市场是非常巨大的，是千亿级的市场，我们大有用武之地。
下面介绍储能的发展现状，这张饼状图可以看到储能的形式比较多，抽水续能超过了96%，电化学储能增长规模相对比较小，1.7%，但是增长速度是非常快的，逐年基本是一倍、两倍的增长模式，锂离子电池也发展迅速，压缩电气储能、储热、超级电容也有所发展，储能技术目前来说存在一家独大、百家争鸣的形态。
储能在各个领域都有应用，我这里主要从电力能源领域介绍，在可再生能源应用的比例是比较大，装机容量比较大，增长态势也是最明显的，在分布式发电、微电网领域储能项目占了18%，相当于排列第二，增长速度也比较快，储能在电网中的其他环节发电、配电等环节都有相应的应用和应用场景。
抽水储能有功率大、容量大，成本低的要求，场地要求特殊，而且就目前来看处于饱和状态，还有电池储能，能量密度大，效率高，响应快，这是未来电网中发展的特征，也是寿命限制，有可能存在安全隐患，对环境的影响也比较大，压缩空气储能，在功率容量方面都具有自己的优势，而且它是一个冷热电三联供的特征，随着技术程度的发展，成本在逐渐降低，目前来看能量密度相对比较小，而且效率相对比较低。从这张图可以清楚看到，在通过储能规模、周期、功率响应、储能密度各个对比下，三种储能是大规模储能发展的主要方向，我们团队研究的就是压缩空气储能。
可能大家对压缩空气储能有一点陌生，其实压缩空气储能的发展时间比较长了，在世界范围内在建、规模的压缩空气储能电站有20余处，在德国、英国、美国从能量千瓦级到百兆瓦级，从1940年第一个专利开始就有这样一个思想，到1970年德国压缩储能电站的运行，现在运行有40年左右，到2010年之后，压缩空气储能的试点或者电站的规划建设，基本上处于快速的发展阶段，但是在我国来看目前还没有商业运行的压缩空气储能电站，这也是我们研究的一个出发点。
下面介绍我们主要的研究工作，第一我们提出了先进绝热压缩空气储能技术，这是一个简单的一个工作流程图，我们所提的这个技术具有以下特点，第一个容量大，第二个寿命长，大部分原件寿命可以达到30、40年，效率达到60%到75%，爬坡、调节、启动方面都具有优势的指标，跟传统储能有一个方式，向上向下都可以调频。
下面介绍我们目前开展或者已经完成的几项工作，第一个是500KW非补燃式压缩空气储能系统，主要包括压缩器装置还有发电机，从电能输入压缩取热，可以看出是冷热电连联供的方式，实现了整个系统的热能、电网的平和耦合，基本是零碳排放的系统，这是具体内部的流程，包括五级压缩，主要产生更高一点的空气压力。第二个用高压储气罐，我们有一些储气的分析。第三个是级间回热，第四是三级膨胀的方式。整体来说，这是首座实现储能发电的电站，电转电的效率达到40%，这是在安徽芜湖的储电现场，是相当壮观的。
第二个是我们做了一个小系统，就是百千瓦级的光热复合压缩空气储能下同，主要有以下的一个改进，一个是储气方式有所改良，我们采用管线钢的方式，工艺技术比较成熟。第二个发电方式的改进，这是一个小容量的系统，所以我们采取了高速发电机加电力电子的模式，第三个我们用了太阳能聚光就是补热，因为青海太阳能比较丰富，这样的一个系统我们在青海、西宁已经建成，经过现场的一些测试，这个效率相比之前有所提高，基本上达到51%。
第三个工作我们做了10MW的管线钢压缩空气储能系统，这是在青海做的一个项目，这个思路就是管线钢解决储气的方式，我们采用高温导热提高效率，这是现场的一个规划图，管线钢采用75根排放，这个是比较成熟的技术，我们就相当于节约了用地面积，利用了立体的方式，这种形式的储气布置更加方便管理。
目前我们正在开展的60MW盐穴压缩空气储能国际示范项目，储气方式结合当地的地理的优势，采用中盐集团的盐穴进行储气，工作压力也很大，基本上可以达到8兆到9兆，为什么我们当时有这个想法呢？中石油、中石化前几年就租中盐集团的盐穴进行天然气的储备，我们想这个可以存储，我们存储常态的压缩空气肯定是安全可靠的，盐穴有自修复的功能，密闭性很好，不存在透气的性能，相当于电池自放电的速率非常慢，可以存储更长时间的电能。第二个盐穴资源在中国是非常广泛的，我国有几千个可利用的盐穴，目前开发的不到4%，这中间有很大的发展空间。这个系统目前我们正在建设中，预计明年会投运并网。
以上基本上介绍了我们研究的绝热压缩空气储能的主要工作，主要从工程示范角度、工程建设角度讲，经历了10年的科技攻关，从效率方面逐渐提升，目前我们江苏金坛的效率按照国家能源局要求，基本上50%多，但是我们有把握做到60%以上，所以不断的创新驱动了我们技术的进步，长期以来我们有多家合作的单位，突破了多项关键技术，初步形成了完备的技术体系。最后总结一下，先进绝热压缩空气储能技术在成本和效率可与抽蓄相当，且清洁环保、安全高效，前景广阔，与传统的电池储能相比，在电网侧、发电侧、负荷侧都有自己独到的应用场景，而且有冷热电三联供的特性，提高能源的效率，我们目标推动压缩空气储能技术的发展，推动储能行业多种形式的并举，推动能源电力机械制造的发展，带动社会经济服务，谢谢大家！
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