可再生能源发电的增长正在全球范围内显着激增。根据美国能源信息署（EIA）的数据，预计到2050年，风能和太阳能在美国发电结构中的份额将达到38%，是2019年的两倍。将压缩空气储能 （CAES） 纳入可再生能源系统具有各种经济、技术和环境优势。
全球范围内可再生能源发电的增长正在经历显着的增长。根据美国能源信息署（EIA）的预测，预计到 2050 年，风能和太阳能在美国发电结构中的份额将达到 38%，是 2019 年记录比例的两倍。可再生能源系统中的储能（CAES）具有多种经济、技术和环境优势。
什么是压缩空气储能？
预计到2030年，可再生能源将占全球能源产量的36%。储能系统将有助于实现这一目标。机械储能系统在可用的储能方法中脱颖而出，因为它们降低了投资费用，延长了使用寿命，并提高了功率/能量额定值。值得注意的是，商业化的大规模压缩空气储能（CAES）设施已成为一种突出的储能解决方案。
到 2030 年，预计可再生能源将占全球能源生产的 36%。储能系统将有助于实现这一目标。机械存储系统因其投资费用减少、使用寿命延长以及功率/能量额定值提高而在可用的能量存储方法中脱颖而出。值得注意的是，商业化的大型压缩空气储能（CAES）设施已成为一种重要的储能解决方案。
自 1970 年代后期以来，（CAES） 技术已商业化。这种储能系统的功能是在非高峰时段利用电力压缩空气，然后将其储存在地下洞穴中。当高峰时段的能源需求升高时，储存的压缩空气被释放、膨胀并通过涡轮机发电。
自 20 世纪 70 年代末以来，（CAES） 技术已投入商业应用。该储能系统的工作原理是在非高峰时段利用电力压缩空气，然后将空气储存在地下洞穴中。当高峰时段能源需求增加时，储存的压缩空气会被释放，膨胀并通过涡轮机发电。
传统压缩空气
储能系统配置
CAES技术包括不同的类型，包括绝热系统和绝热系统。这些结构之间的主要区别在于它们如何处理压缩过程中产生的热量。
CAES 技术涵盖不同类型，包括绝热系统和非绝热系统。这些配置之间的主要区别在于它们如何处理压缩过程中产生的热量。
绝热CAES系统是第一代技术。在这些系统中，使用压缩机系列压缩环境空气。压缩过程产生废热，然后通过中冷器消散到周围环境中。在排放阶段，燃料燃烧以加热空气，然后再在涡轮机中膨胀。这种燃烧过程允许在需求高峰期发电。自 1970 年代后期以来，CAES 的绝热组合一直在开发中，旨在解决绝热 CAES 的局限性。这种特殊的压缩空气储能系统专注于有效地捕获和储存压缩过程中产生的废热。然后，储存的热量被回收利用，以提高排放阶段压缩空气的涡轮入口温度。因此，绝热CAES系统旨在减少甚至消除对化石燃料的依赖，提供更可持续的储能解决方案。
非绝热 CAES 系统是第一代技术。在这些系统中，使用压缩机组压缩环境空气。压缩过程产生废热，然后通过中间冷却器消散到周围环境。在排放阶段，燃料燃烧以在空气在涡轮机中膨胀之前加热空气。这种燃烧过程可以在高峰需求期间发电。CAES 的绝热结构自 20 世纪 70 年代末以来一直在开发中，旨在解决非绝热 CAES 的局限性。这种特殊的压缩空气能量存储系统专注于有效捕获和存储压缩过程中产生的废热。然后，储存的热量被回收，以在排放阶段提高压缩空气的涡轮入口温度。因此，绝热 CAES 系统旨在减少甚至消除对化石燃料的依赖，提供更可持续的能源存储解决方案。
CAES
新颖配置的最新进展
除了绝热和绝热构型外，还提出了另外两种类型的CAES系统：等温CAES（I-CAES）和超临界CAES。I-CAES的主要目标是在充气和放电过程中分别保持压缩空气的稳定压缩和膨胀温度。这是通过实施准等温过程来实现的。
除了绝热和非绝热配置之外，还提出了另外两种类型的 CAES 系统：等温 CAES （I-CAES） 和超临界 CAES。I-CAES 的主要目标是在充电和放电过程中分别保持压缩空气稳定的压缩和膨胀温度。这是通过实施准等温过程来实现的。
另一方面，超临界CAES涉及将空气压缩到超临界热力学状态，压缩过程中产生的废热被回收并储存在热能存储系统中。然后将压缩空气液化并储存在专用的低温罐中。在放电阶段，液态空气被重新气化，利用储存的热能进行加热，随后通过涡轮机组膨胀以产生电力，这些电力可以供应回电网。该过程的效率约为 68%。
另一方面，超临界CAES涉及将空气压缩至超临界热力学状态，其中压缩过程中产生的废热被回收并存储在热能存储系统中。然后压缩空气被液化并储存在专用的低温罐中。在放电阶段，液态空气被重新气化，利用储存的热能进行加热，随后通过涡轮机组膨胀以产生电力，并可回馈电网。该过程的效率约为 68%。
Components and Operational Necessities
组件和操作必需品
The primary components的 CAES 工厂循环包括两端带有皮带轮的电机/发电机（将其与压缩机列车、膨胀机列车或两者接合/分离）。
带有中冷器的多级空压机和后冷器可减少压缩循环所需的功率，而后冷器则可减少所需的存储量，在储能中起着至关重要的作用。
下一个组件是用于膨胀机列车的 control 系统，该系统由高压和低压涡轮膨胀机组成，级间有燃烧器。
配件（燃料储存和管理、制冷系统、机械系统、动力系统和热交换器）。
储存地下或地上的加压空气，包括管道和固定装置。
传统 CAES 设备循环的主要组件包括两端带有滑轮的电动机/发电机（用于将其与压缩机组、膨胀机组或两者接合/分离）。
带有中间冷却器的多级空气压缩机可减少压缩循环期间所需的功率，而后冷却器可减少所需的存储体积，在能量存储中发挥着至关重要的作用。
下一个组件是膨胀机组的控制系统，该膨胀机组由高压和低压透平膨胀机组成，各级之间带有燃烧器。
配件（燃料储存和管理、制冷系统、机械系统、动力系统、热交换器）。
地下或地上压缩空气的储存，包括管道和固定装置。
优点
CAES用于提高高需求保存，从而减轻电网的负担。这使能源供应商能够为整个服务区提供足够的电力，而不会在高峰需求期间产生额外的能源。当CAES在较小的规模上实施时，可以减少对电力基础设施的依赖，从而降低能源成本和维护成本。
CAES 用于改善高要求的保护，从而减轻电网的负担。这使得能源供应商能够为整个服务区域提供充足的电力，而无需在高峰需求期间产生额外的能源。当小规模实施时，CAES 可以减少对电力基础设施的依赖，从而降低能源成本和维护成本。
它可以储存数小时至数天的能量，确保在高需求期间或间歇性资源不生产时提供稳定的电力供应。使用CAES作为补充能源有助于在电力需求过大期间提高电网稳定性。此外，与其他方法相比，这些系统需要的维护相对较少。
它可以储存能量数小时至数天，确保在高需求期间或间歇性资源不生产时保持稳定的电力供应。使用CAES作为补充能源有助于在电力需求过剩期间增强电网稳定性。此外，与其他方法相比，这些系统需要的维护相对较少。
局限性和挑战
限制和挑战
尽管有这些优势，但由于某些挑战和局限性，压缩空气储能仍存在不足。缺乏适合地下洞穴的地质构造可能会阻碍CAES的广泛应用。CAES与能源生产源的整合需要一个可行的地理位置。此外，在CAES系统中压缩空气，然后进行膨胀过程会导致热扩散导致能量损失，从而降低整体效率。
尽管有这些有利的特征，但压缩空气能量存储由于某些挑战和限制而存在不足。地下洞穴缺乏合适的地质构造可能会阻碍 CAES 的广泛应用。CAES 与能源生产源的整合需要一个可行的地理位置。此外，CAES系统中压缩空气后进行膨胀过程会因热分散而导致能量损失，从而降低整体效率。
即使面临这样的挑战，世界各地的CAES项目也在进行中。中国科学院工程热物理研究所最近启动了河北省张家口市100兆瓦压缩空气储能设施。该设施由一台多级高负荷压缩机、一台膨胀机以及一台效率极高的超临界储热器和热交换器组成。
即使面临此类挑战，世界各地的 CAES 项目仍在进行中。中国科学院工程热物理研究所近日在河北张家口启动了100兆瓦压缩空气储能设施。该设施由多级高负载压缩机、膨胀机以及效率出色的超临界蓄热和热交换器组成。
市场评估
市场评估
CAES似乎与目前正在建设中的风电场非常契合。这是因为CAES可以在足够短的时间尺度上运行，以平衡由风力波动引发的电网变化。压缩空气储能（CAES）系统的未来市场潜力巨大。专家在 Allied Market Research 上发表了一份报告，指出 2021 年全球压缩空气储能市场价值 40 亿美元，预计到 2031 年将达到 318 亿美元，从 2022 年到 2031 年以 23.6% 的复合年增长率 （CAGR） 增长。这主要是因为可再生能源有望在可预见的未来获得市场影响力。
CAES 似乎非常适合目前正在建设的风电场。这是因为 CAES 可以在足够短的时间范围内运行，以平衡风力波动引发的电网变化。压缩空气储能（CAES）系统未来的市场潜力巨大。专家在联合市场研究公司发表报告称，2021年全球压缩空气储能市场价值40亿美元，预计到2031年将达到318亿美元，从2022年到2022年将以23.6%的复合年增长率（CAGR）扩张。2031年。这主要是因为可再生能源预计将在可预见的未来获得市场影响力。
