海上可再生能源發(fā)電，尤其是風(fēng)電，已進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展時期。據(jù)國際可再生能源署（IEA）報道，2023年全球海上風(fēng)電新增裝機7.3GW，累計超過50GW。據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會（CWEA）報道，2023年中國海上風(fēng)電累計裝機達(dá)到37.7GW，位居全球第一。由于可再生能源具有波動性、隨機性和不可預(yù)測性，為了提高供能穩(wěn)定性，海上儲能需求急劇增加，需要發(fā)展經(jīng)濟(jì)、適用、可靠的海上儲能技術(shù)。

基于此，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心提出了水下恒壓壓縮空氣儲能技術(shù)，該技術(shù)利用水下天然恒壓、恒溫的環(huán)境優(yōu)勢，實現(xiàn)恒壓儲/釋能，具有安全、穩(wěn)定、高效等特點，是一種非常適用于海上能源保障的大容量儲能技術(shù)。利用水的靜壓特性實現(xiàn)空氣的恒壓儲存和恒壓釋放，能夠穩(wěn)定壓縮機和膨脹機工作壓力，使其工作在設(shè)計點附近，同時避免了節(jié)流損失，系統(tǒng)效率較恒容系統(tǒng)提高2-5個百分點，儲能密度可達(dá)恒容系統(tǒng)3倍及以上。根據(jù)壓縮空氣是否與水直接接觸，可分為采用柔性儲氣裝置的閉式恒壓壓縮空氣儲能和采用剛性儲氣裝置的開式恒壓壓縮空氣儲能。除了在海上應(yīng)用，還可用于對現(xiàn)有采用地下恒容儲氣的壓縮空氣儲能電站進(jìn)行恒壓改造，提高運行效率。

圖1 恒壓壓縮空氣儲能試驗平臺示意圖

為突破水下實驗場地和成本限制，提出了基于深水模擬裝置的恒壓壓縮空氣儲能實驗技術(shù)，采用高壓水和高壓氣模擬柔性氣囊外部深水環(huán)境，搭建了兆瓦級恒壓壓縮空氣儲能系統(tǒng)實驗平臺，設(shè)計儲氣壓力等效水深約700米。已完成系統(tǒng)性能實驗與測試，經(jīng)具有CNAS資質(zhì)的第三方測試，系統(tǒng)效率達(dá)到國際領(lǐng)先水平，較同規(guī)模恒容系統(tǒng)高出3.5個百分點。同時，也開展了儲能系統(tǒng)與可再生能源耦合調(diào)控實驗驗證，結(jié)果顯示系統(tǒng)具有很好的負(fù)荷跟隨性能。該試驗臺還具備開展真實深水環(huán)境下的系統(tǒng)試驗、柔性儲氣裝置變形特性試驗和疲勞性能試驗等功能。

圖2 兆瓦級恒壓壓縮空氣儲能實驗平臺

團(tuán)隊相關(guān)研究成果已分別在國際期刊Applied Energy(IF=11.2)、Journal of Energy Storage (IF=9.4) 發(fā)表和國際會議Low Carbon Cities & Urban Energy Systems (CUE2024)報告分享。該技術(shù)的突破可為海上可再生能源規(guī)模發(fā)展提供技術(shù)支撐，具有很好的發(fā)展前景。