壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)作為最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模電力儲(chǔ)能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)可再生能源的平滑波動(dòng),、跟蹤調(diào)度輸出,、調(diào)峰調(diào)頻等關(guān)鍵技術(shù)難題，使可再生能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可控輸出,，滿足其接入并網(wǎng)的要求,，從而為可再生能源的大規(guī)模利用提供了解決方案。

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所儲(chǔ)能研發(fā)中心主任陳海生告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，該所于2009年在國(guó)際上首次提出了超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng),。該系統(tǒng)具有儲(chǔ)能高效,、密度高、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),，系統(tǒng)同時(shí)解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)大型儲(chǔ)氣室和化石燃料的依賴,，具有顯著的先進(jìn)性和創(chuàng)新性。

早在2013年,，工程熱物理研究所儲(chǔ)能研發(fā)中心便完成了對(duì)1.5兆瓦級(jí)超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的示范工作,，此系統(tǒng)性能指標(biāo)高于國(guó)際同等規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。目前,，該所正在著力開(kāi)展對(duì)10兆瓦級(jí)超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的研發(fā)與示范工作,，并已完成了系統(tǒng)主要部件的研發(fā)工作，目前正在進(jìn)行系統(tǒng)的集成,，預(yù)計(jì)將在2016年完成全部的示范任務(wù),。

現(xiàn)有產(chǎn)品均無(wú)法滿足需求

據(jù)了解，10兆瓦超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)包括寬負(fù)荷壓縮機(jī),、高負(fù)荷透平膨脹機(jī),、緊湊式蓄冷（熱）/換熱器三大核心部件。

10兆瓦超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的透平膨脹機(jī)具有大流量,、大功率,、大膨脹比、高負(fù)荷等特點(diǎn),。而目前應(yīng)用于渦輪增壓器,、小型燃?xì)廨啓C(jī)和微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的向心透平膨脹機(jī)，其流量小且功率也??；應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中的軸流透平膨脹機(jī)，級(jí)膨脹比小,、入口壓力低,。因此，現(xiàn)有的工業(yè)應(yīng)用透平膨脹機(jī)均無(wú)法滿足超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的特殊技術(shù)要求,。

“高負(fù)荷透平膨脹機(jī)作為10兆瓦超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心部件之一,，系統(tǒng)對(duì)其性能參數(shù)有特殊要求。目前市場(chǎng)上還沒(méi)有滿足此類系統(tǒng)要求的現(xiàn)成產(chǎn)品,，需要儲(chǔ)能團(tuán)隊(duì)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和研發(fā),，但由于特殊的技術(shù)要求，研發(fā)難度很大,?！标惡Ｉ榻B說(shuō),。

掌握核心設(shè)計(jì)技術(shù)

依托中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所所長(zhǎng)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“10兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣膨脹機(jī)的研究與實(shí)驗(yàn)”，儲(chǔ)能研發(fā)中心團(tuán)隊(duì)對(duì)10兆瓦級(jí)超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)釋能過(guò)程關(guān)鍵核心部件――超臨界空氣膨脹機(jī)開(kāi)展了相關(guān)研究與試驗(yàn)工作,。該項(xiàng)目總體目標(biāo)是全面掌握10兆瓦級(jí)超臨界空氣膨脹機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)方法與技術(shù),，并完成部件和系統(tǒng)的集成驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

為解決上述一系列難題,，團(tuán)隊(duì)于2012年底率先開(kāi)展了高負(fù)荷透平膨脹機(jī)的整體研制工作,。該膨脹機(jī)要求具有體積流量跨度大、膨脹比大等特點(diǎn),，同時(shí)科研人員根據(jù)速比和體積流量計(jì)算分析,，該膨脹機(jī)需采用向心透平加軸流透平的組合式結(jié)構(gòu)型式。

“這對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和分析方法是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),，需要在研制過(guò)程中對(duì)現(xiàn)有一維,、準(zhǔn)三維設(shè)計(jì)和全三維流場(chǎng)分析程序進(jìn)行進(jìn)一步的完善和發(fā)展?！标惡ＩM(jìn)一步介紹,，“首先我們采用具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)程序進(jìn)行正反問(wèn)題氣動(dòng)設(shè)計(jì)分析，然后在完成氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)度校核和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析,，并根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要及國(guó)內(nèi)現(xiàn)有加工水平進(jìn)行反復(fù)校核和優(yōu)化,，最終完成了高效、緊湊,、高負(fù)荷透平膨脹機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì),，從而完全掌握了超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵部件的核心設(shè)計(jì)技術(shù)，形成了一整套完善的適用于高負(fù)荷透平膨脹機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)體系,?！?

如今10兆瓦級(jí)超臨界空氣膨脹機(jī)機(jī)械變速與控制系統(tǒng)已圓滿完成了廠內(nèi)試車，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求,，試驗(yàn)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值吻合良好,。

可實(shí)現(xiàn)效益倍增

超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)和智能電網(wǎng)的負(fù)荷平衡,，提高可靠性與穩(wěn)定性,，還可以大幅提高火電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行效率，增強(qiáng)電網(wǎng)的輸電能力,，有效提高燃煤機(jī)組的總負(fù)荷系統(tǒng)及電網(wǎng)利用系統(tǒng),，也可作為工業(yè)節(jié)能、應(yīng)急電源的關(guān)鍵支撐技術(shù),。

據(jù)陳海生介紹,，超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用將為國(guó)家?guī)?lái)巨大社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,。利用超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)可有效減小我國(guó)棄風(fēng)光率,，提高我國(guó)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和分布式能源系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)可增加就業(yè)機(jī)會(huì),。

陳海生指出,，以可再生能源發(fā)電為例，到2020年,，風(fēng)電和太陽(yáng)能并網(wǎng)裝機(jī)分別達(dá)到2億兆瓦和5000萬(wàn)兆瓦,，但我國(guó)棄風(fēng)光嚴(yán)重，如果利用該壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)會(huì)將棄風(fēng)光率減少至零,，這將使我國(guó)每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7000萬(wàn)噸,，減少二氧化碳排放2.5億噸。

此外,，超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的生產(chǎn)與應(yīng)用還將為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益,。以10兆瓦/80兆瓦時(shí)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站為例，產(chǎn)業(yè)化后的單位造價(jià)為1500元/千瓦時(shí),，發(fā)電銷售利潤(rùn)總額可達(dá)3.32億元/年,，投資回收期為6至7年。