摘要：电力储能技技术发展过程中，压缩空气储能系统成为研究的热点，广受业内专家、学者重视，也是大规模电力储能技术研发的核心技术之一，储能装置是运作时不可或缺的部分。本文将以压缩空气储能装置发展、应用现状为出发点，分析不同类型压缩空气储能装置技术特点和应用情况，以期全面了解储气装置发展中的问题，为装置设计及创新工作提供参考依据。

关键词：压缩空气;储能装置;发展现状;储能特征

近年来，能源和环境可持续发展战略深度落实，我国将发展可再生能源作为工作要点，基于此，太阳能、风能的开发利用日趋成熟。但是，根据实践调查发现，太阳能和风能开发利用期间，存在不稳定性和间歇性特点，这也是极大的缺陷，容易影响主电网运行方式及电能品质，所以当务之急是解决可再生能源大规模并网问题。压缩空气储能系统广受人们青睐，被看作是发展前景较好的电力储能技术，且在解决可再生能源大规模并网问题中有良好的改善作用。实践中，借助可再生能源电力和压缩机，将环境大气压缩后存储至储气装置中，电能向高压空气内能转变。释能过程中，从储气装置中释放高压空气，其和燃料室中燃料共同燃烧，借助膨胀机从高压空气内能转变为电能。

1.现阶段储气装置发展与应用情况分析

1.1不同类型的储气装置

相关学者早在1949 年就提出了压缩空气储能概念，在几十年的时间里，世界各国投入大量精力在压缩空气储能系统研究方面，相继开发了不同形式的压缩空气储能系统，包括压缩空气储能系统、绝热压缩空气储能系统、内燃机耦合系统、燃气蒸汽联合循环耦合系统等，这些系统运行过程中，均实现了储能高压空气向电力储能的转变，所以需要大量储气装置提供支持。

储气装置类型方面，若按照储气压力的不同划分，可分为：超高压储气装置、高压储气装置、中压储气装置和低压储气装置[1]。一般情况下，出于投资成本和系统运行效率和安全性前提下考虑，高压储气装置和中压储气装置比较常见，而超高压储气装置和低压储气装置适用性不强;有的储气装置可以移动，有的则不能移动，进而分为可移动式储气装置和固定式储气装置两种，其中可移动式储气装置形式多为瓶装或车载，在规模较小的场合下，或储气压力较低的情况下适用，具有使用灵活的优势。固定式储气装置往往体积、重量相对较大，对地基高度有一定要求，建设时需结合气候条件与地质条件综合考虑，确保系统运行安全。

1.2地下储气装置

相对来说，地下储气装置研发和应用较早，是现在应用较为广泛的储气装置，一般选择地下废弃矿洞和天然洞穴存储储气装置，其具有不占空间、建设成本低廉的优点，但必须考虑地质条件。如可以在天然盐岩洞存储，不仅有利于成本控制，还用于较高的密封性和可靠性，这种储气方式在1978年左右被德国相关学者发现，现在已经广泛认可。同时硬岩层结构下的矿井和洞穴中也能够建设地下储气装置，并且其耐压能力和抗压强度更高，但由于施工难度大，进而施工成本较高。此外除了盐岩洞以外，地下含水层储气方式也具有成本低廉的优势，且地质结构较高地区建设储气装置，成本和盐岩洞方式基本持同，甚至成本低于盐岩洞方式[2]。

1.3地面储气装置

相对来说，地面储气装置具有应用灵活的优势，如果地质条件不允许的话，则需要建设地上储气装置，类型包括钢瓶组、储气罐、储气管道三种。地面储气装置中储气罐的应用最为广泛，结构包括球形和圆筒形两种，圆筒形储气罐使用过程中可以实现长期储气和高压储气，单台储气罐直径一般在3m以内，长度在20m以内，球形储气罐容量更大，但承压能力较差。钢瓶组指的是由多个钢瓶串联、并联方式组成的储气装置，又分为无缝和焊接两种结构，市场中钢瓶组有卧式和立式两种，该储气装置具有使用灵活的特点，但大容量存储时可靠性降低，且操作复杂，所以应慎用。

2.储气装置储能特征分析

储气装置中，储能释放阶段，压缩空气从储气装置中释放，经减压阀降压后进入燃烧室燃烧吸热，然后进入膨胀机做功。在这个过程中，储气装置内部压力从初始时刻的储气压力逐渐降低至终了时刻的膨胀机进口额定压力，当储气压力低于膨胀机进口额定压力时，储气装置停止输出气体，此时释能过程结束。因此，实际参与膨胀机做功的压缩空气只是储气装置中压缩空气的一部分，即释能阶段初始时刻的压缩空气内能与终了时刻的压缩空气内能的差值最终参与到能量转换过程。为方便计算，不对释能阶段复杂的热力过程作深入研究，视压缩气体为理想气体，忽略管道、阀门处的气量损失，不考虑储气装置降压膨胀过程中的温度变化（由于释能过程中，压缩空气与储气装置本体及环境存在较强的热交换，因此忽略储气装置内部温度变化，视为等温膨胀过程）、减压阀前后的温度变化（减压阀工作过程为等焓节流过程，其相对温度降变化较小）以及减压阀后压缩空气燃烧吸热的压力变化[3]。

储气装置容积受储气压力的影响较大，在储气温度一定的条件下，随着储气压力的增加储气装置容积逐渐减小。储气压力在10至20MPa范围内的前提下，储气装置容积减小的速度相对较快，超过20MPa的话减小速度降低。随着储气压力的增加，储气温度对储气装置容积的影响逐渐减小;同时储气量随储气压力和储气温度的升高而减小，储气压力对储气量的影响较大，着储气压力的升高，储气温度对储气量的影响逐渐减小;在储气温度一定的条件下，储能密度随储气压力的升高而增大，在储气压力一定的条件下，储能密度随储气温度的升高而减小，随着储气压力的增大，储气温度对储能密度的影响程度逐渐增大。从以上分析可以看出，储气压力和储气温度对储气装置性能指标都具有较大影响，相比之下，储气压力影响更大。提高储气压力并降低储气温度，能够显著减小储气，装置的容积和增大储能密度，从而可以解决储气装置占地面积大、单位存储能量低的问题[4]。但是，储气压力的选择要合理，并不是越高越好。究表明，两者的压差越大，释能过程中损失的压力能越多，系统的热效率和火用效率越低。因此，在进行储气装置的设计计算时，不仅需要综合考虑储气压力和储气温度的影响，还要考虑储气压力与膨胀机进气压力之间的压差对系统效率的影响。

总结语：

综上所述，根据本文对压缩空气储能装置的发展及应用情况研究，可了解到储气装置根据存放位置划分，分为地面储气装置和地下储气装置两种，其中地下储气装置相对而说成本较低，且存储容量大，但特殊地质条件下不得使用，受适用范围限制，而地面储气装置则具有应用灵活的优势，具有良好的发展前景。储气压力与储气温度对储气装置储气量、容积、密度等具有直接影响，相关单位或个人选择时，应结合实际情况、储气问题、储气压力等综合考虑，明确储气压力和膨胀机进气压力压差对系统效率的影响。最后，储气装置性能随着储气压力的提升而提高，但初期压力和膨胀机近期压力压差过大，对装置系统性能会造成影响，进而科学选择和设计储气压力至关重要。

参考文献

[1]谭心， 赵琛， 虞启辉. 小型风力-压缩空气储能系统研究概述[J]. 液压与气动， 2019， 000（001）：47-58.

[2]刘嘉豪， 王星， 张雪辉. 压缩空气储能系统膨胀机调节级配气特性数值研究[J]. 储能科学与技术， 2020（2）：425-434.

[3]韩益帆， 安恩科， 张瑞，等. 10MW全回热压缩空气储能系统分析[J]. 上海节能， 2019， 000（004）：275-280.

[4]刘明义， 朱勇， 曹传钊. 压缩空气储能系统性能分析研究[J]. 电工电能新技术， 2019， 038（009）：67-72.