新能源的大規(guī)模開發(fā)和利用是當前世界范圍內(nèi)應(yīng)對化石能源危機和由此帶來的環(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)電的波動性和隨機性，大規(guī)模新能源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量帶來了嚴峻挑戰(zhàn)，實際運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期處于較低的水平13.因此，如何實現(xiàn)大規(guī)模新能源的安全、高效、經(jīng)濟利用已經(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δ埽銢]有真正意義上的智能電網(wǎng)。

　　在大規(guī)模儲能方面，目前較為成熟的技術(shù)主要有抽水蓄能、蓄電池儲能和壓縮空氣儲能三種H.抽水蓄能電站誠然是一種很好的大量存儲電能的方式，然而其建設(shè)嚴格受到地理條件限制，難以滿足大規(guī)模推廣的需求。蓄電池儲能技術(shù)相對成熟，且在上述三種儲能方電能轉(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)境污染嚴重。相比之下，壓縮空氣儲能系統(tǒng)的建設(shè)限制條件較少，且對環(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能效益的概念，介紹了壓縮空氣儲能的基本原理及國內(nèi)外發(fā)展概況，重點介紹了非補燃式壓縮空氣儲能發(fā)電技術(shù)及其特點。*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電能品位與儲能效益對于熱能，我們有品位的概念。例如，汽輪機的入口蒸汽溫度高、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，電能的生產(chǎn)和消費基本上是同時完成。在負荷高峰時期生產(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，其價格往往也較高。在負荷低谷時期生產(chǎn)出來的電能，由于遠遠超過實際需求，不得不**出售，甚至棄電，屬于低品位電能。各種儲能方式的重要作用之即是將低品位的電能加以存儲，轉(zhuǎn)換為高品位的電能，從而體現(xiàn)該儲能方式的效益。

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

　　從、壓縮級數(shù)（如單級高壓比與多級壓縮）對壓縮效率的影響。在高壓儲氣子系統(tǒng)中，需要考慮儲氣空間散熱以及氣體泄漏對系統(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)（如利用水儲熱與熔融鹽儲熱）及換熱溫度對熱能利用效率的影響。

　　子系統(tǒng)接口參數(shù)的優(yōu)化配置壓縮空氣儲能系統(tǒng)涉及多個子系統(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)計合適的流程外，還應(yīng)對各子系統(tǒng)的接口參數(shù)進行優(yōu)化配置，以達到總體效率取高。

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

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

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

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

　　透平發(fā)電子系統(tǒng)控制與保護技術(shù)壓縮空氣儲能系統(tǒng)中透平進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。考慮到儲氣空間的壓力和溫度在發(fā)電過程中會逐漸下降，先進的透平氣門開度控制技術(shù)將是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要基礎(chǔ)。此外，當外部電網(wǎng)發(fā)生有功功率或無功功率的擾動時，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，以增強電網(wǎng)對擾動的魯棒性。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)的保護裝置應(yīng)能快速動作，確保機組安全停機。

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