新能源的大規(guī)模開發(fā)和利用是當(dāng)前世界范圍內(nèi)應(yīng)對(duì)化石能源危機(jī)和由此帶來的環(huán)境污染問題的重要戰(zhàn)略之一。由于風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性，大規(guī)模新能源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，實(shí)際運(yùn)行中存在大量的棄風(fēng)和棄光現(xiàn)象，使得新能源的利用率長(zhǎng)期處于較低的水平13.因此，如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源的安全、高效、經(jīng)濟(jì)利用已經(jīng)成為智能電網(wǎng)建設(shè)中亟待解決的關(guān)鍵問題。

　　眾所周知，儲(chǔ)能技術(shù)是解決上述問題的重要手段之。然而，電能的大規(guī)模工程化存儲(chǔ)一直是困擾全世界電力科技工作者的一大難題。在一定程度上講，沒有規(guī)?；膬?chǔ)能，便沒有真正意義上的智能電網(wǎng)。

　　在大規(guī)模儲(chǔ)能方面，目前較為成熟的技術(shù)主要有抽水蓄能、蓄電池儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能三種H.抽水蓄能電站誠(chéng)然是一種很好的大量存儲(chǔ)電能的方式，然而其建設(shè)嚴(yán)格受到地理?xiàng)l件限制，難以滿足大規(guī)模推廣的需求。蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)相對(duì)成熟，且在上述三種儲(chǔ)能方電能轉(zhuǎn)換效率*高，但其工作壽命往往只有2~3年，不僅更新?lián)Q代成本高昂，且后期處理環(huán)境污染嚴(yán)重。相比之下，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)限制條件較少，且對(duì)環(huán)境友好、綜合效率較高，有望成為解決大規(guī)模新能源開發(fā)利用中諸多問題的*佳選擇。

　　本文首先提出了電能品位與儲(chǔ)能效益的概念，介紹了壓縮空氣儲(chǔ)能的基本原理及國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況，重點(diǎn)介紹了非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電技術(shù)及其特點(diǎn)。*后，探討了該技術(shù)在智能電網(wǎng)中的廣闊應(yīng)用前景以及實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用尚需解決的關(guān)鍵問題。

　　2電能品位與儲(chǔ)能效益對(duì)于熱能，我們有品位的概念。例如，汽輪機(jī)的入口蒸汽溫度高、壓力高，可以高效率地將其熱能轉(zhuǎn)化為電能，故屬于高品位熱能。然而，淺層地?zé)幔?4°C左右的淺層水或濕地泥漿）以及工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢熱，即使有很大的體量，也很難加以利用，屬于低品位的熱能。

　　電能與熱能一樣，客觀上也有高低品位之分。

　　由于電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，電能的生產(chǎn)和消費(fèi)基本上是同時(shí)完成。在負(fù)荷高峰時(shí)期生產(chǎn)出來的電能，其大部分用于滿足人們的大量生產(chǎn)和生活需求，屬于高品位電能，其價(jià)格往往也較高。在負(fù)荷低谷時(shí)期生產(chǎn)出來的電能，由于遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際需求，不得不**出售，甚至棄電，屬于低品位電能。各種儲(chǔ)能方式的重要作用之即是將低品位的電能加以存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)換為高品位的電能，從而體現(xiàn)該儲(chǔ)能方式的效益。

　　筆者認(rèn)為，對(duì)于給定的儲(chǔ)能方式，可按下式粗略計(jì)算該儲(chǔ)能方式的經(jīng)濟(jì)效益：的價(jià)值（Value）；Vl為利用該儲(chǔ)能方式生產(chǎn)對(duì)應(yīng)高品位電能而付出的成本；El為低品位電能總量；n為該儲(chǔ)能方式的電能轉(zhuǎn)換效率；Ph和Pl分別為峰谷電價(jià)；C為生產(chǎn)該高品位電能的均攤建設(shè)成本和運(yùn)維成本。

　　從、壓縮級(jí)數(shù)（如單級(jí)高壓比與多級(jí)壓縮）對(duì)壓縮效率的影響。在高壓儲(chǔ)氣子系統(tǒng)中，需要考慮儲(chǔ)氣空間散熱以及氣體泄漏對(duì)系統(tǒng)效率的影響。在透平發(fā)電子系統(tǒng)中，需要考慮減速器對(duì)系統(tǒng)效率的影響。在回?zé)崂米酉到y(tǒng)中，需要考慮不同的換熱介質(zhì)（如利用水儲(chǔ)熱與熔融鹽儲(chǔ)熱）及換熱溫度對(duì)熱能利用效率的影響。

　　子系統(tǒng)接口參數(shù)的優(yōu)化配置壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)涉及多個(gè)子系統(tǒng)，且各子系統(tǒng)間相互有耦合，系統(tǒng)總體效率與接口參數(shù)密切相關(guān)。除了為各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的流程外，還應(yīng)對(duì)各子系統(tǒng)的接口參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化配置，以達(dá)到總體效率取高。

　　6.2提高CAES經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵技術(shù)（1）地下洞穴儲(chǔ)氣技術(shù)從以及外界參數(shù)（風(fēng)、光、水出力及負(fù)荷需求）的雙重約束，迫切需要研究壓縮空氣儲(chǔ)能的優(yōu)化控制與調(diào)度技術(shù)，以充分發(fā)揮其在電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的作用。

　　6.3提高CAES安全性的關(guān)鍵技術(shù)般情況下，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)所采用的介質(zhì)為常規(guī)空氣，當(dāng)氣體中含有大量水分或粉塵時(shí)，容易在儲(chǔ)氣空間中形成粉塵結(jié)塊并腐蝕氣壁。更為嚴(yán)重的是，當(dāng)空氣膨脹做功后溫度降低形成水滴甚至冰粒，將對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的空氣透平帶來嚴(yán)重的安全隱患。

　　因此，空氣干燥及除塵技術(shù)是壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)安全推廣的重要基礎(chǔ)。

　　高壓儲(chǔ)氣空間的探傷和修復(fù)技術(shù)作為系統(tǒng)中承載壓力*高、承壓時(shí)間*長(zhǎng)的組成部分，保障高壓儲(chǔ)氣子系統(tǒng)的安全十分重要。為此，需要根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)電功率、儲(chǔ)能容量、儲(chǔ)氣壓強(qiáng)、儲(chǔ)氣溫度等性能指標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣空間的容積、形態(tài)、尺寸、材料等關(guān)鍵參數(shù)。此外，長(zhǎng)期運(yùn)行的儲(chǔ)氣空間由于氣壓往復(fù)變化，可能會(huì)發(fā)生疲勞損傷，造成儲(chǔ)氣空間變形甚至氣體泄漏，從而帶來較大的安全隱患。先進(jìn)的探傷技術(shù)及修復(fù)技術(shù)是保障壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性的重要支撐。

　　透平發(fā)電子系統(tǒng)控制與保護(hù)技術(shù)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中透平進(jìn)口空氣的壓力和溫度等參數(shù)直接影響到透平發(fā)電子系統(tǒng)輸出功率的平穩(wěn)性?？紤]到儲(chǔ)氣空間的壓力和溫度在發(fā)電過程中會(huì)逐漸下降，先進(jìn)的透平氣門開度控制技術(shù)將是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。此外，當(dāng)外部電網(wǎng)發(fā)生有功功率或無功功率的擾動(dòng)時(shí)，透平發(fā)電子系統(tǒng)的控制中心仍應(yīng)能給出正確的控制指令，以增強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)擾動(dòng)的魯棒性。極端情況下，如出口三相短路故障及突然空載，透平的發(fā)電子系統(tǒng)的保護(hù)裝置應(yīng)能快速動(dòng)作，確保機(jī)組安全停機(jī)。

　　7結(jié)論電能的大規(guī)模工業(yè)化存儲(chǔ)是人類面臨的一大難題。壓縮空氣儲(chǔ)能具有很大的發(fā)展?jié)摿?。本文重點(diǎn)分析了面向智能電網(wǎng)的大規(guī)模非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的基本原理及其應(yīng)用前景。簡(jiǎn)要介紹了國(guó)家電網(wǎng)500kW壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的進(jìn)展情況。在當(dāng)前大力推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)和節(jié)能減排的背景下，以該重大科技項(xiàng)目為載體，通過政、產(chǎn)、學(xué)、研的通力合作，有望建成我國(guó)**個(gè)非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電示范系統(tǒng)，這將對(duì)促進(jìn)我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極作用。