储能很重要，但怎么储是个问题

在英语俚语中，人们常用“Catch lighting in a bottle”（把闪电装进瓶子里），用以形容挑战性极高、生活中难以出现的景象。不过早在1752年，美国物理学家本杰明·富兰克林早已在费城风筝实验中完成了这一壮举。

近三个世纪过去，“把电留住”依然是人类孜孜以求的重要技术方向。如今，“Catch lighting in a bottle”已不再是一个遥不可及的挑战，人们给了它一个新的名字——储能。

但今天的储能系统，早已不局限于简陋的“莱顿瓶”，我们已经可以将暂时无法消纳的电能，转化为内能、热能、动能、化学能、重力势能等。光大证券等机构均认为，国内储能市场空间将达到万亿元级别。

为什么储能这么“值钱”？

新能源很重要，但储能是个问题

能源基础设施是能源行业发展的关键，而新能源当道的“绿色世界”，没有谁能割舍掉储能。

2023年特斯拉投资者日上，马斯克在他的宏图计划第三篇章（Master Plan 3）中，把“光能、纯电、热泵、氢能”等技术组合起来，实现人类“能源自由”，在他的美好愿景中，储能是进行“能源分配”的核心枢纽。

传统能源技术条件下，电厂发电实行的是“计划经济”，调度机构分配多少电，发电厂就发多少电，“发电”和“用电”的行为同时完成的。但风光电等新能源不像火电一样，能够持续、稳定地发电，往往是风季和晴天发电量多，雨季和晚上几乎不发电。

而储能可以解决连续供电和间断用电之间，供需错配的情况。此外，通过储能手段还可以平滑用电需求、削峰填谷，节省需求端的用电成本，更关键的，对于具有间歇性和波动性的风光电等新能源来说，储能是并网的必要条件。

图源 | 中储国能官网

新能源不能没有储能，就好比电动车不能没有充电桩。

早在2015年，国家发改委印发的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》中便引入了“车桩比”的概念，要求到2020年，我国新能源汽车的车桩比要达到接近1:1的水平。但这一目标截至2021年底也仍未实现，《证券日报》文章曾提到，充电基础设施的不足是制约新能源汽车发展的主要瓶颈之一。

如今，同样的问题出现在了新能源发电领域。

从增量上看，国家能源局数据显示，2022年，全国风电、光伏发电新增装机突破1.2亿千瓦，创下历史新高。但同年，我国新增储能装机规模16.1GW（约合0.161亿千瓦），同比增长109.1%，但这仍未到达新建新能源项目配建15%储能规模的原则标准。

从存量上看，在在内蒙古、新疆等风光电资源丰富的地区，弃风、弃光率居高不下，造成了大量能源和资源浪费。

一方面大量电力无法消纳，另一方面风光电还在加紧建设。

4月12日，国家能源局发布《2023年能源工作指导意见》，文件提出了2023年全年风电、光伏发电装机新增1.6亿千瓦左右的规模目标，风光电规划装机容量再创新高。

以北京市周边风光电资源相对丰富的张家口市张北县为例，截至2022年底，张北可再生能源总装机规模809万千瓦，但储能规模仅13万千瓦，储能规模占比只有1.6%。

为新能源电站配备合适的储能基础设施刻不容缓。

今年3月21日，国家发展改革委、国家能源局正式印发《“十四五”新型储能发展实施方案》，指出要开展不同技术路线分类试点示范、推动多时间尺度新型储能技术试点示范等，并明确到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件。

一个月后，国家能源局综合司就《关于加强新型电力系统稳定工作的指导意见（征求意见稿）》公开征求意见，在科学安排储能建设方面提出，要按需建设储能、有序建设抽水蓄能、积极推进新型储能建设等要求。

不难看出，在新能源蓬勃发展的当下，储能的重要性已然水涨船高。可储能手段千千万，“怎么储”是个问题。

要储能，更要压缩空气储能

从定义上讲，储能就是通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程。根据能量储存的形式，我们可以把储能分为机械储能、化学储能、电化学储能、电磁储能和热储能5大类，这5类储能方式下又细分了各种具体手段。

中科创星 | 制图

在前述政策文件中，“新型储能”的概念被多次提及。什么是新型储能？简单来说，除了抽水储能外，前述所有储能方式均属于新型储能技术。

与抽水储能相比，新型储能对选址要求更低、建设周期更快，能够短期内快速增加储能规模，以应对目前的储能短板。这也是为什么我们如此需要大力建设新型储能系统。

但是诸多新型储能手段，其适用的细分场景也有所不同。

飞轮储能、超导及超级电容等属于短时高频储能，它能够快速响应，实现调频等功能；而中长时的电化学储能和超长时的压缩空气储能，则在储能系统中发挥着不同的功能。

据媒体统计，“十四五”期间我国30省/市风光装机规划目标达874.037GW，而小容量的储能手段难以满足可再生能源大规模发展的需求。因此，有研究指出“大规模的电力储能技术将会成为电力行业重点关注的技术之一”。

“十四五”期间，我国30省/市风光装机规划目标达874.037GW，全国可再生能源发电增量在全社会用电增量中的占比将超过50%，小规模、小容量的储能手段难以满足可再生能源大规模发展的需求，这更需要大力发展以压缩空气储能为代表的大规模、长时储能技术，以增强电力系统的调节能力。

中国科学院院士、南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿也曾公开表示，发展长时大规模储能技术是提高风光能源占比的必然要求。

这一趋势从新型储能装机量中可见一斑——《中国新型储能发展报告2023》提到，虽然在已投产的新型储能装机中，锂离子电池储能仍占主导地位，占比约94.5%。不过自2022年起，压缩空气储能、液流电池储能两种长时储能手段发展提速，在当年新增装机的占比分别达到3.4%、2.3%。

压缩空气空气储能究竟是如何实现的呢？

简单来说，这是一种用电能驱动电动机带动压缩机，将空气压缩后密封在报废矿井、洞穴或专门的储气罐、储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动透平膨胀机做功，驱动发电机发电，完成空气压力能到电能转换的储能方式。

压缩空气储能除了能适应长时间、大规模储能的需求外，还有如下几点优势：

*，压缩空气储能技术成熟、安全性高，不存在爆炸和燃烧的风险；

第二，压缩空气储能受建设条件影响小，在矿区可利用废弃盐穴、岩洞储气，非矿区则能通过气罐及人造硐室来储气，摆脱环境限制；

第三，压缩空气储能系统全部为机械设备，寿命长达30~50年，不会存在电化学储能等容量、性能衰减的问题；

此外，压缩空气储能单位成本和全寿命周期度电成本低，不消耗大量稀有资源。

既然压缩空气储能有诸多优势，那为什么直到今天才大规模爆发呢？

压缩空气储能，前景在哪？

关于压缩空气储能的研究，可以追溯到1949年，德国工程师StalLaval提出了传统压缩空气储能技术。到1978年，德国已建成世界*座传统压缩空气储能电站（Huntorf 电站）——这远早于磷酸铁锂体系提出的1996年。

该技术迟迟未能大规模商业化，与彼时传统压缩空气储能的缺陷有关。

首先，传统压缩空气储能依赖于化石燃料。

传统压缩空气储能系统是来源于燃气轮机的技术，在储能时，被压缩的空气对外做功，一部分能量转化为热能散失，在释能时，还要消耗化石能源燃烧加热空气提高空气推力，驱动膨胀机做功，以提高电能的输出效率，这一过程也被称为“补燃”。一来二去，压缩空气储能系统不仅没有摆脱对化石燃料的依赖，综合储能效率也大打折扣，而Huntorf 电站采用的，正是补燃式压缩空气储能技术。

随着余热回收技术的发展，如今我们已经可以将储能时空气被压缩过程产生的热量回收起来，用于释能发电时加热空气，新型压缩空气储能技术应运而生。

新型压缩空气储能又分为绝热式、蓄热式、等温式、超临界、液化、水下等多种技术路线，均不用补燃化石燃料。中储国能用于储存压缩热的材料价格低廉、换热效果好，蓄热效率可达98%以上，这样我们利用压缩热给空气预热升温的效果更好，就能摆脱对化石燃料的依赖了，系统过程中产生的压缩热回收利用，系统效率会大幅提高。

目前，中储国能的百兆瓦级压缩空气储能技术的系统额定效率可达70%左右，并且还在进一步优化系统性能，减小系统损耗，向75%的理论上限逼近。

其次，传统压缩空气储能系统的转化效率低。

压缩空气储能是一个系统工程，各个环节都对于系统效率有影响，包括系统整体参数及各核心部件设计等。同时，单个设备效率高并不代表系统整体性能好，各子系统需要互相耦合，做整个系统的优化设计。

传统系统的核心设备大多不是为压缩空气储能系统运行状态量身打造的，设备运行效率并不高。资料显示，Huntorf电站的压缩机源自燃气轮机，其功率只有60兆瓦。其它行业使用的压缩机、膨胀级等设备无法直接用于压缩空气储能，因此需要另行研发新的核心设备来支持压缩空气储能系统的整体运行，包括压缩机、膨胀机、蓄热器和换热器等。这些都十分考验公司的研发能力。

中储国能是中国科学院工程热物理研究所百兆瓦压缩空气储能技术的产业化公司，其创始团队自2004年便专注于压缩空气储能技术领域，开展包括整体系统优化设计、核心部件研发、控制系统设计及工程化、产业化工作。

目前，团队已掌握压缩空气储能全套自主知识产权，已授权专利300余项，不存在‘卡脖子’之虞。不仅如此，反而因中国的举国体制和强大的工程优势，在研发及工程项目建设方面*于国外。

而中国科学院工程热物理研究所技术团队已分别在河北廊坊、贵州毕节、山东肥城、河北张家口建成了国际首座1.5MW、10MW和100MW国家示范电站（项目），肥城先进压缩空气储能二期电站也于2022年底开工建设，该项目单机功率达300MW。

图源 | 中储国能官网

其它机构及团队也在纷纷布局压缩空气储能项目。据行业分析机构《观研天下》的预测，在中性条件下，2025年我国压缩空气储能装市场空间将达到371.80亿元，对应在2022年基础上新增装机6.59GW。

最后，压缩空气储能还要依靠持续研发，降本增效。

随着压缩空气储能系统单机规模增加，系统效率有望进一步提高，逼近75%的理论极限效率。

目前大规模工业应用的储气方式主要有天然洞穴改造、人工硐室和储气罐三种方式。其中，不锈钢的大量使用提高了储能系统的整体造价。人工硐室可以进一步降低储气系统成本，具有更广阔的应用前景。

当下，压缩空气储能系统处于示范阶段，核心设备为定制化小批量生产，中储国能正在建设核心设备生产线，后续随着核心设备大规模批量生产，可进一步降低设备成本。

能源革命的趋势：新能源+储能

7月19日电，中共中央、国务院发布关于促进民营经济发展壮大的意见，指出要加大可再生能源发电和储能等领域投资力度，参与碳排放权、用能权交易。

我认为，新能源加上储能，是能源革命的趋势。我们原来的电力系统是刚性的，主要依靠火电的灵活性调节来实现发电端和需求端的动态平衡，但未来要构建以新能源为主体的新型电力系统，我们需要打造柔性化的智能电网，但我们如何体现电网的智能化和柔性化？

这就要靠储能这个重要的调节手段，来提高电力系统的运行效率、经济性和可靠性，而压缩空气储能是未来储能领域不可缺少的一环。

无论短时高频，还是中长时、长时低频的储能技术，都有其适用的场景。比如短时高频储能领域，飞轮、超导、超级电容等技术更有优势；中长时的电化学储能，目前还是以锂电池储能为主，但未来钠电池也很有前景；超长时储能方面，压缩空气储能、液流电池、氢储能等也各有优势。它们未来很长一段时间内会并存，但每一个路线都会越来越聚焦，最后可能会有一两个技术成为主流。

无论市场如何竞争、行业如何洗牌，好的技术路线和持续深耕技术的精神会带领公司穿越周期。

参考资料：

1. 电动汽车充电基础设施发展指南 （2015-2020 年） http://www.nea.gov.cn/134828653_14478160183541n.pdf

2. 车桩比1:1，一个伪命题 https://m.thepaper.cn/baijiahao_20009409

3. 新能源汽车“兵马已动” 充电基础设施“粮草”加速前进 http://www.sasac.gov.cn/n2588025/n2588139/c14453087/content.html

4. 国家能源局举行新闻发布会，发布2022年可再生能源发展情况等 https://mp.weixin.qq.com/s/oNaEfOFdZeQPJDHzw91--g

5. 铁锂龙头护城河深厚，新品打开成长空间 https://mp.weixin.qq.com/s/1hHOx2qxvVXVZWwMhCRciw

6. 2021年前三季度中国风电消纳情况：青海弃风率最高 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1719100447252759829&wfr=spider&for=pc

7. 2021年前三季度中国光伏发电消纳情况：西藏青海弃光率较高 https://m.askci.com/news/chanye/20211214/1047211690183.shtml

8. 2023年能源工作指导意见发布全年风光装机新增160GW http://www.chinapower.com.cn/flfd/hyyw/20230413/196140.html

9. 适合于中国国情的大型压缩空气蓄能系统优化设计 https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=3uoqIhG8C475KOm_zrgu4lQARvep2SAk6nr4r5tSd-_pTaPGgq4znF9zbiSMz8M0UliCBa2_SFBXkFA36SeF4GMolU7w51IL&uniplatform=NZKPT

10. 中国科学院院士赵天寿：流体电池有望满足长时储能全部要求 https://www.cls.cn/detail/1390771

11. 我国新型储能“家族”不断壮大，新型储能技术呈现多元化发展趋势 https://m.gmw.cn/2023-03/25/content_1303319677.htm

12.压缩空气储能-政策东风与规模效应共振，产业化拐点已现 https://mp.weixin.qq.com/s/OlRNvQkJ8MpECkravAdMmw

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