网讯：在全球应对气候变化的共同努力下，清洁能源的发展已成为不可逆转的趋势。中国作为世界上最大的能源消费国，也在积极推动能源结构转型，力争在2030年前实现碳排放峰值，并在2060年前实现碳中和目标。这一战略目标不仅对能源生产和消费方式提出了新的要求，也对能源储能技术提出了更高的需求。
在清洁能源的大规模应用中，风能和太阳能由于其间歇性和波动性，如何有效地储存并平衡供需成为一大挑战。传统的电网虽然能够传输电能，但却无法储存电能，因此，大规模的储能技术应运而生。而在这些技术中，压缩空气储能（CAES）凭借其规模大、成本相对较低的优势，成为了解决清洁能源储存难题的有力工具。
1 压缩空气储能的基本原理
压缩空气储能的基本原理相对简单却非常高效。在电力需求较低的时段，风能、太阳能等多余电能被用来驱动压缩机，将空气压缩并储存在地下的硬岩储库中；在电力需求高峰时，储存的压缩空气被释放，驱动膨胀机带动发电机发电，进而将储存的能量重新转化为电能。
地下硬岩储库作为压缩空气储能的核心，承担着高压空气的储存任务。相比于其他类型的储库，硬岩储库具有更好的安全性和适应性，特别是在中国的东北、华北等资源丰富但地形条件复杂的地区，硬岩储库的应用前景广阔。
2 硬岩储库的挑战与研究进展
2.1 气密性能
在硬岩储库中，气密性能直接影响到储能系统的效率和安全性。由于硬岩地层中不可避免地存在各种裂缝和不连续面，如何确保高压空气的有效封闭成为一大挑战。近年来，通过采用混凝土衬砌、钢衬及高分子材料等不同的密封结构，研究人员取得了显著进展。然而，如何在经济性和气密性之间找到最佳平衡点，仍是当前研究的重点。
2.2 热力过程
在压缩空气的充放气过程中，空气温度会发生剧烈变化，这不仅影响储库的气密性，还可能导致储库的结构变形和材料疲劳。因此，准确描述和预测这一过程中涉及的热力过程成为保障储库安全和效率的关键。通过实验研究和数值模拟，研究人员已经初步揭示了温度变化对储库系统的影响，但在实际工程中，仍需进一步的优化和验证。
2.3 稳定性与安全性
硬岩储库在长期运行中会承受反复的高压和高温循环，这对其结构稳定性提出了严峻考验。尤其是在运行多年后，储库内部可能出现微裂隙，这些裂隙在反复的应力作用下可能逐渐扩展，最终影响储库的安全性。当前的研究主要集中在如何通过设计优化和材料选择，提升硬岩储库的长期稳定性。
3 中国压缩空气储能的发展现状与展望
3.1 当前发展现状
中国的压缩空气储能技术虽然起步较晚，但近年来在政策支持和技术进步的推动下，取得了显著的发展。特别是在“双碳”目标的推动下，压缩空气储能技术逐渐从实验室研究走向实际应用，并开始在各类清洁能源项目中扮演关键角色。
首先，湖南省的平江压缩空气储能示范项目无疑是中国压缩空气储能领域的重要里程碑。该项目是中国首个在硬岩地层中建造的浅埋储气硐室，旨在验证硬岩储库在高压条件下的气密性、热力过程以及长期稳定性。通过这一项目，研究人员积累了宝贵的施工和运行经验，特别是在如何应对复杂地质条件、确保储库气密性等方面取得了重要进展。平江项目的成功为今后类似地质条件下的储能项目提供了有效的技术参考。
另一项值得关注的工程是山西大同云冈压缩空气储能项目。该项目创新性地利用废弃矿井进行改造，将原本闲置的地下空间转变为高效的压缩空气储能库。这不仅大幅降低了建设成本，还充分体现了资源再利用的环保理念。在项目实施过程中，通过先进的密封技术和结构加固措施，项目团队成功解决了废弃矿井的气密性和安全性问题，实现了稳定的储能和能量释放。云冈项目的实施为废弃矿井的再利用提供了新思路，展示了压缩空气储能技术在特定场景下的广阔应用前景。
此外，山东省济宁压缩空气储能项目也是中国在该领域的重要工程之一。作为目前中国规模较大的示范项目，济宁项目结合了先进的储能材料与智能化管理系统，实现了对大规模风电、光电的高效储存和调度。该项目特别强调储库的长周期稳定性和低泄漏率，在项目运行过程中，通过对密封材料的优化和智能化系统的集成管理，成功将空气泄漏率控制在极低范围内。济宁项目不仅展示了中国在压缩空气储能技术上的创新能力，也为未来更大规模的储能电站建设奠定了技术基础。
随着压缩空气储能技术在全国范围内的推广，越来越多的示范项目正在规划和建设中。例如，在中国西北地区，多个新建的压缩空气储能项目已经进入可行性研究阶段，这些项目将充分利用当地丰富的风能资源，结合先进的储能技术，进一步提高风电的利用率和电网的稳定性。未来，随着更多项目的建成和投入使用，中国在压缩空气储能领域的工程实践将更加丰富，技术水平也将进一步提升。
3.2 挑战与机遇
尽管压缩空气储能技术在中国发展迅速，但要实现大规模商业化应用，仍然面临着一系列挑战。首先是成本问题。目前，压缩空气储能的初始投资较高，特别是在硬岩储库的建设中，密封性和结构稳定性的技术要求导致施工难度大，成本高昂。这使得该技术在大规模推广中面临经济性的挑战。
其次，技术成熟度仍需进一步提升。虽然硬岩储库在气密性、热力管理和结构稳定性等方面已经取得了显著进展，但在实际的长周期运行中，这些技术的可靠性和耐久性仍需通过更多的工程实践来验证。例如，如何有效降低储库的空气泄漏率、如何确保储库在高压和高温条件下的长期稳定运行，这些都是亟待解决的问题。
然而，挑战与机遇并存。随着清洁能源比例的不断提高，电力系统对大规模储能的需求也在迅速增加，这为压缩空气储能技术提供了广阔的市场空间。特别是在中国风光资源丰富但水资源匮乏的区域，压缩空气储能是少数能够有效应对这一挑战的技术之一。
3.3 未来展望
展望未来，随着技术的逐步成熟和成本的不断降低，压缩空气储能有望在中国实现更大规模的商业化应用。政策的持续支持也将为这一技术的推广提供强有力的保障。例如，国家层面的能源发展战略中已经明确提出，要加快推动包括压缩空气储能在内的先进储能技术的发展，这为行业发展指明了方向。
