新机遇！压缩空气储能景气拐点来了

超级空气充电宝来了

2022年9月底，中储国能牵头建设的国际首套百兆瓦级别的先进压缩空气储能国家示范项目在河北张家口成功并网发电。该独立储能电站的技术来源于中国科学院工程热物理研究所，该团队也是国内最早研究压缩空气技术的。自2013年河北廊坊1.5MW储能示范项目投运以来，压缩空气技术研究在装机规模和控制成本上不断突破，逐渐从示范项目迈向产业化初级阶段。

（中储国能官网）

随着能源转型建设的快速推进，储能技术成为解决可再生能源消纳、用电供需缺口和降低成本的重要手段。压缩空气储能作为一种大型的电能储存和释放设备，类似于充电宝的功能，已经成为今年陆续启动的项目之一，目前在建和规划中的项目总装机容量已达到6GW。

长时储能的另类方案

目前，储能技术类型根据其技术原理可分为物理储能、电化学储能、热储能和化学储能几类。物理储能将电能转化为其他形式的能量，例如重力势能、空气压力能等进行储存，并在释放时将这些能量以做功的形式重新转化成电能输送出去。抽水蓄能和锂离子电池是当前两种主流的储能方式。抽水蓄能的建设成本较低，其技术要求、运营经验以及价格机制相对更加成熟，2021年累计投运的规模占储能装机规模的80%以上。与此同时，以锂离子电池为代表的电化学储能开始逐渐崭露头角，锂电池能够实现电能的快速充放，储存较多的能量，并且适用于需要快速响应的储能场景。2021年，新型储能的累计装机规模达到了5.73GW，其中锂离子电池的占比接近90%。

那为什么还需要空气充电宝呢？

随着新能源发电比例不断提高，电力消耗量也随之增长，需要更多、更大容量、长时间储能的基础设施来应对。储能时间超过4小时的技术被称为长时储能，与短时储能相比，长时储能系统能更好地满足用电供需的匹配需求。然而，现有的两种储能技术已经不能满足快速增长的电量消费需求和不同场景的储能要求。此外，这两种技术各自存在明显的缺点。抽水蓄能需要水源和高度制造水势差，对场地有明确的要求，通常需要6-8年的建设周期，无法快速扩容。锂离子电池的最佳储能时长通常在1-4小时，因为长时间储存会降低电池性能，需要更换。大规模的锂电池集成需要考虑安全性，而且储能电站起火事故时有发生，无法作为长期稳定的储能基地。压缩空气储能技术具备安全性、长时储存能力和摆脱地理约束等条件，并且随着技术进步不断降低成本和提高转换效率，逐渐快速上量。因此，预计未来压缩空气储能项目将在储能领域占据重要地位。据观研报告网估计，乐观预测下，到2025/2030年，国内压缩空气储能装机量可能达到10.1GW/58.6GW。

何为先进？

压缩空气储能商业化实践最早可以追溯到1978年的德国亨托夫电站。随后，1991年美国建成了麦金托什电站，两个电站规模均达到百兆瓦级别。这些电站的原理都是利用压缩机将空气压缩储存于洞穴中，需要供电时则释放高压空气，利用燃烧产生的热量驱动膨胀机发电。

（中国金属加工网）

国内科研团队对现有压缩空气储能技术进行了改进，包括研发了新型储气装置（如压力容器和压力管道等），提高了系统选址的灵活性。此外，他们还通过蓄热装置储存热量，代替了传统的化石燃料燃烧发电方式，从而提高了系统转换效率。在此基础上，空气充电宝成为一种能够稳定储能4-10小时甚至更长时间，生命周期长达30-50年，不受地理环境限制的长时储能技术。随着新增装机规模超过100MW，单位投资成本已经从10000元/W降至5000元/W，接近于抽水蓄能的单瓦造价水平。此外，建造周期也已经缩短至18个月以内。

在储能领域，能量的转换需要在贮存和释放之间尽量减少能量损失，这是第一性原理。新型压缩空气储能技术采用蓄热装置代替传统的燃烧室，减少了额外的做功和二氧化碳的排放，从而提高了系统的效率。位于河北张家口的该储能系统的转换效率已经超过了70%，比2013年第一套10MW系统提高了18.3个百分点，但仍有较大的提升空间，距离锂电池（80%-90%）还有一定差距。然而，与毫秒级的电化学储能技术相比，压缩空气储能技术的响应速度只有分钟级别，因此仍无法满足某些需要快速响应的储能场景。目前，已经开拓出多种新型的压缩空气储能技术，包括蓄热式压缩空气储能系统、等温压缩空气储能系统、水下压缩空气储能系统、液态压缩空气储能系统、超临界压缩空气储能系统等。其中，只有蓄热式技术路线相对较为成熟。此外，中国拥有大量废弃的矿洞和盐穴，这种资源禀赋的优势有助于中国压缩空气储能技术在全球范围内更快地发展。

布局企业有哪些？

国内压缩空气储能产业链比较完备，上游核心设备包括压缩机、膨胀机、换热器、储气装置；中游由储能系统集成商提供集成服务，下游有安装商和投资运营商，为终端输送电力。

主要核心设备占据了压缩空气储能投资项目成本的50%以上，并且这些主要设备都已经实现了国产化。在压缩空气储能系统中，压缩机的作用是将气体压缩至储气容器中，其应用领域包括冶金、石化、制药等领域。相比普通机型，储能使用的压缩机具有更大的流量和更高的压力，大型储能电站中通常采用轴流和离心压缩机结合机组的结构。目前国内制造厂家主要有陕鼓动力、沈鼓集团等，而国外主要有阿特拉斯·科普柯、西门子等。虽然目前国内单机的压缩机容量可以达到100MW以上，但应对300MW级别的项目还需采取多台串联或并联的方式。膨胀机的作用是将储气容器中的压缩气体降压，将空气势能转换成动能来驱动发电机发电。为了提升膨胀发电系统的效率，采用多级膨胀带中间再热的结构形式。国内厂家包括金通灵、哈电汽轮机公司等。

为了寻找业务增长点，传统设备厂商正在积极参与国内压缩空气储能项目。陕鼓动力公司与中能建数字科技集团签署了战略合作协议，该公司的轴流压缩机产品已经完成了300MW等级压缩空气储能系统及压缩机组的全部技术方案。金通灵公司与中储国能合作，为贵州毕节和山东肥城项目提供设备供应。杭氧股份公司为同里综合能源服务中心内的500kW液态空气储能示范项目提供核心设备供应等服务。据天风证券测算，到2025年，上游核心设备的累计市场空间有望达到185亿元。

总的来看，随着新型电力系统的建设，未来长时、大容量储能的需求将逐渐增加。储能技术的广泛推广需要同时满足经济性、安全性和高效性等多个方面的要求。其中，经济效益取决于单位成本的降低。随着压缩空气储能规模和容量的不断提升，其仍有较大的降本空间。由此可以预见，在长期的未来中，空气充电宝储能系统将展现出经济、清洁、不受资源和地理环境限制等诸多优势。