能源是工业的粮食，每一次能源厘革都陪同着一次工业革命 。煤炭的普遍使用使人类履历了蒸汽时代；油气和电力的普遍使用向导人类进入了电气时代 。现在，人类正在迈入电子信息化时代，其能源厘革的主要特征是可再生能源逐步替换化石能源，成为主力能源 。凭证国际可再生能源署2019年的剖析展望，2015-2050年全球电能消耗量将翻倍，全球发电中可再生能源的份额预计将从现在的25%增添到2050年的86%；我国的双碳目的是2025年可再生能源发电装机占比凌驾50%，2060年非化石能源的能源消耗占比抵达80% �？稍偕茉词忠罩泄夥⒎绲绲脑鎏碛绕淝烤�，将从2015年的4.5%增添到2050年的60%左右 。别的，近一半的光伏电站将按漫衍式安排在都会、农村的住宅和工商业部分 。
图表1 用电量、发电量、发电装机功率展望（2016A-2050E）
资料泉源：国际可再生能源署IRENA，2020，《电储能系统估值框架》，金研团队译
随着可再生能源的大规模生长，电力系统的发电侧和用户侧都装置了大宗不可控的可再生能源，这就为电网的稳固运行、控制和清静带来了很大影响，甚至造成发电无法上网的情形，也就是弃风、弃光征象 。即便在我国，随着电价波动规模的增大，火电的负电价征象也频仍爆发 。那么怎样解决这个问题？
基础上要靠储能来实现平衡 。好比一个供水系统：进水管是不稳固的，出水管也是不稳固的，那就需要修建一个水池来包管整个系统的稳固运行 。电力系统需要的这个水池就是储能 。凭证展望，在未来以可再生能源为主的电力系统当中，储能装机占比要抵达10%-15%，该比例与我国各地方对风电、光伏发电项目要求配建储能的比例基本吻合 。
图表2 储能在新型电力系统中起到匹配供电曲线与用电曲线的作用
资料泉源：中科院
发改委提出，新型储能（不包括抽水蓄能）装机规模到2025年抵达30GW，2030年周全市场化 。凭证中信证券对2021-2025年全球光伏（漫衍式、集中式）、风电的新增装机规模展望，在响应配储功率比例和储能渗透率假设下，预计2021-2025年，光伏发电装机的配套储能需求为7.7/15.5/25.0/36.0/51.5GW，响应备电时长假设下的储能容量展望为15.4/35.3/62.4/102.6/163.6GWh；响应风电装机展望下，预计2021-2025年风电发电带来的配套储能需求为1.7/3.6/6.1/9.2/13.0GW，响应备电时长假设下的储能容量展望为3.5/7.3/12.2/20.2/32.5GWh 。
压缩空气储能系统是以高压空气压力能作为能量贮存形式，并在需要时通过高压空气膨胀做功来发电的系统，其手艺原理生长自燃气轮机 。
现代燃气轮机由压缩机、燃烧室和膨胀机组成，压缩机和膨胀机均为高速旋转的叶轮机械，是气流能量与机械功之间相互转换的要害部件 。其基本事情历程为情形空气被压缩机压缩到高压，然后压缩空气和燃料流入燃烧室举行燃烧，爆发高压高温气流，在膨胀机内膨胀爆发轴功 。其具有功率密度大（体积小、重量轻）、起动速率快、少用或不必冷却水等一系列优点 。
图表3 燃气轮机组成及事情历程
资料泉源：中科院之声
由于压缩机和膨胀机装置在一根轴上，压缩机消耗的能量由膨胀机提供（压缩机是为了提升工质压力，便于膨胀机做功），若是压缩机和膨胀机装置在差别的轴上，则压缩历程和膨胀历程可以脱离，这就形成了压缩空气储能手艺(压缩空气储能系统)的基本雏形 。
储能时段，压缩空气储能系统使用风/光电或低谷电能发动压缩机，将电能转化为空气压力能，随后高压空气被密封存储于报废的矿井、岩洞、放弃的油井或者人造的储气罐中；释能时段，通过放出高压空气推动膨胀机，将存储的空气压力能再次转化为机械能或者电能 。
图表4 超临界压缩空气储能站示意图
资料泉源：中储国能
上世纪50年月至今，压缩空气储能手艺经由多轮迭代，由补燃式压缩空气储能系统（德国、美国），生长至主流的先进压缩空气储能（蓄热式）、超临界压缩空气储能（中国）、水下压缩空气储能（加拿大） 。经由多年的应用研究，先进压缩空气储能系统解决了三大瓶颈问题：非补燃式储能系统解决了对化石能源的依赖；储罐、人造窟窿解决了对大型储气室与矿洞的依赖；蓄热罐有用提升电对电效率至70% 。
其应用场景也获得了极大的拓宽 。先进蓄热式压缩空储能系统效率较高，具备较为成熟的手艺，加之我国有大宗的盐洞、放弃矿洞，使用已有窟窿建设低本钱的压缩空气储能系统很是有生长远景，因此蓄热式系统有望在未来几年获得普遍关注和应用 。超临界系统和液态系统由于具有较高的能量密度，占地面积小，将在无自然窟窿地区受到越来越多的青睐，特殊是超临界系统还具有较高效率的优点，其吸引力将更大 。水下系统由于其事情情形，有望在海洋中获得一定应用，未来水下储气装置手艺成熟后，可在海洋情形如海优势电贮存方面获得一定应用 。
大规模时，压缩空气储能可用于电力系统削峰填谷、可再生能源平滑波动、可再生能源/工业余热耦合使用、火电厂/核电厂变工况辅助运行等，中小规模时，可用于漫衍式能源系统、漫衍式微电网、压缩空气储能汽车、无人机弹射手艺等方面 。
图表5 压缩空气储能手艺路径较量
资料泉源：陈海生等，2016，《Thermodynamic characteristics of a novel supercritical compressed air energy storage system》，金研团队译
物理储能、化学储能和电磁储能有着差别的性能特点，适用于差别的应用场合和领域 。抽水蓄能、压缩空气储能、液流电池可实现大规模、长时间储能，统称为长时储能手艺；钠硫电池、铅酸电池等适用于短时的电力系统调峰与能量调理；超等电容器、铅酸电池和飞轮适用于旋转备用；超等电容器、超导储能系统、飞轮、锂离子电池和其他先进电池适用于电能质量治理 。
压缩空气储能作为已商业化的成熟手艺，其长时储能的特征使其成为了抽水蓄能的优异替换计划——尤其是在受水资源制约严重的我国北方地区 。
图表 6 种种储能方法手艺参数、经济参数
资料泉源：国际可再生能源署IRENA，2020，《电储能系统估值框架》，金研团队译
图表 7 种种储能手艺应用领域
资料泉源：中科院工程热物理研究所
压缩空气储能工业链上游主要是原质料生产加工、装配、制造行业，属于机械工业的一部分，但涉及压缩空气储能自己特征和性能要求，对部件设计、加工的要求较为严酷 。中游主要是系统集成及要害部件加工行业，属于手艺麋集型，具有多学科、手艺交织类行业 。下游主要是用户对压缩空气储能系统的使用和需求侧，涉及电力、可再生能源、电子及治理控制等多个行业，具有普遍的远景 。
图表 8 先进压缩空气储能装备制造工业链
资料泉源：果真资料
压缩空气储能系统的要害手艺包括压缩机手艺、透平膨胀机手艺、燃烧室手艺、储热换热手艺、储气手艺和系统集成与控制手艺等 。主机装备方面，中国有成熟的工业器械工业链，是大型膨胀机、压缩机制造大国，行业成熟、本钱较低 。我们有理由信托，未来100MW压缩空气储能装备的降本空间会在30%-50% 。
储能是刚需，而现在所有储能站险些都不是盈利主体 。一直以来，最成熟的抽水蓄能项目是由国家电网认真投资结构，项目收入与本钱基本打平，不直接爆发效益，而是对电网调峰起较着述用 。现在，国网的投资压力重大，另一方面，景物发电扩产带来的储能与上网需求越来越大，国网无法单独肩负重大的储能基础设施投资 。因此，储能电站的投资亟需社会投资人的加入 。由于单独投资风电场、光伏电场的效益较高，地方政府就将按配建储能站的使命分派到景物发电场的投资人身上，要求投资景物发电场必需配备10%-15%的储能设施 。
初始投资方面，压缩空气储能是抽水蓄能的1-1.5倍，该初始投资本钱仅占储能度电本钱的三分之一 。无论是用于镌汰弃风弃光，照旧电价套利，后续运营本钱中对储能度电本钱影响最大的因素是买电价钱或谷电价钱 。因此，需要因地制宜地权衡在峰谷电价差高、缺水的地区结构压缩空气储能的综合经济效益 。阻止2022年3月，天下有19省市峰谷电价差超0.7元/度，对储能电站结构的经济性提供了一定的包管 。
在镌汰弃风弃光方面，凭证国家能源局数据，2021年1-9月，天下风电平均使用率96.9%，同比提高0.3%，弃风电量约147.8亿千瓦时；天下光伏发电平均使用率98.0%，同比下降0.3%，弃光电量约50.2亿千瓦时 。部分西北部省份的弃光、弃风征象依然较严重，且装机量普遍凌驾年头电网对非水可再生电力消纳目的 。从弃风率情形来看，2020年弃风率排名前三的省份是新疆（10.3%）、内蒙古（7.0%）、甘肃（6.4%） 。从弃光率来看，2020 年弃光率排名前三的省份是西藏（25.4%）、青海（8%）、新疆（4.6%） 。对发电企业而言，弃风弃光电能的买电本钱为零，因此储能的度电本钱仅为初始投资度电本钱，约0.12元/度（以张北100MW空气储能项目为例，假设日循环2次），故毛利润为峰电价钱减去0.12元的差额，利润可观 。在可再生能源资源丰沛的三北地区，由于水资源受限，现在电化学储能本钱高昂，尚无大型树模项目，并且不适合长时储能，北方地区唯一的长时储能选项就是压缩空气储能 。
日前，发改委、能源局印发《关于进一步推动新型储能加入电力市场和调理运用的通知》，明确新型储能可作为自力储能加入电力市场，并对其市场机制、价钱机制和运行机制等作出安排 。推动自力储能加入电力市场配合电网调峰，自力储能电站向电网送电的，其响应充电电量不肩负输配电价和政府性基金及附加 。解决了原先充电电量价钱机制不明确的问题，有利于推动自力储能生长并以市场方法赚钱 。以建有自力储能电站的山东省为例，新政执行后，加入电力现货市场的自力储能度电收益有望增添0.1元~0.2元/度 。
站在投资人的角度，虽然眼下并不可在天下规模内仅依赖储能站爆发盈利，而是为了知足投资可再生能源发电前置条件，即知足刚需，但随着储能在电力市场中的身份定位、现货生意规则、投资回报机制的日渐明晰，大型空气充电宝的投资属性将有较大的提升；而提高储能使用小时数，是平摊、降低度电本钱的唯一方法 。关于储能装备供应商而言，只要包管手艺先进性、价钱合理性，市场空间将是重大的 。
金研资管起劲结构新型储能行业，加入投资中储国能的先进压缩空气储能手艺 。我们期待以更绿色环保的方法为碳中和及储能事业做出孝顺 。