压缩空气储能行业报告

压缩空气储能 作者 摘要 李卿云 压缩空气储能（Compressed-AirEnergyStorage,CAES）是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。中国压缩空气储能行业起步较晚，但成长迅速，项目规模从千瓦级逐步扩张至百兆瓦级，2022年已出现GW级签约项目。压缩空气储能当前在中国储能市场中渗透率较低，市场占比不足0.5%，目前处于高速增长阶段，2021年累计装机规模182.5MW，市场规模达12.8亿元，2022年市场规模达18.4亿元，预计2027年市场规模将突破百亿元，达141.3亿元。压缩空气储能具有规模大、寿命长、建设周期短、站址布局相对灵活等优点，有望成为抽水蓄能在大规模储能电站领域的重要补充，在储能市场的渗透率有所提升。压缩空气储能作为重资产投入行业，投资回报周期较长，背靠大型央企、民企的企业具备强大资金实力，能够有效推进技术的产业化进程。行业整体尚处于商业化发展初期，竞争格局较为分散，龙头企业地位尚未巩固，未来随着产业化落地，竞争态势有望加剧，鉴于行业的高技术壁垒、高人才壁垒与重资产投入，掌握前沿技术、稳定人才渠道与强大资金实力的企业将处于优势地位，企业加速出清。 行业头豹分类/能源、采矿业头豹分类/能源、采矿业/能源设备与服务头豹分类/能源、采矿业/能源设备与服务/能源设备与服务港股分类法/能源 关键词压缩空气储能新型储能盐穴资源 压缩空气储能行业定义 1. 压缩空气储能行业分类 压缩空气储能（Compressed-AirEnergyStorage,CAES）是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。通俗来说，就是在用电低谷时，将空气压缩储存于储气室中，将电能转化为空气能存储起来；在用电高峰时释放高压空气，带动发电机发电。整个发电过程对大气无污染，是一种绿色环保能源发电项目。 2. 根据技术形式分类，目前较受关注的压缩空气储能技术有三种，分别为盐穴压缩空气储能系统、液态空气储能系统与多能互补压缩空气储能海上电站。 多能互补压缩空气储能海上电站是一种新兴的综合性技术装备，目前还在技术研发阶段。海上电站的海浪能部分采用浮筒-气缸结构，利用海水的浮力及海浪的上下起伏将环境空气压缩进入集气管；风能部分采用垂直轴风轮-空压机（机头）结构，利用自然风能将环境空气压缩进入集气管；槽式太阳能集热管系统将太阳能热量收集，通过换热器将透平前压缩空气加热升温，进一步增加压缩空气能量，提高透平效率，同时提升透平后尾气温度，便于尾气再利用。海上电站的海浪能利用方式不同于其它海洋能利用方式，与海水接触的设备只有钢筋混凝土框架及被限制在其中的浮筒，浮筒采用渔网浮漂材料，与框架接触方式采用滑动摩擦方式，海面下不存在任何旋转部件。海浪能压缩空气的压强决定于浮筒体积及气缸直径，风能压缩空气的压强决定于垂直轴风轮扫风面积及空压机设计功率，海上电站集气管压强大于透平设计进气压强，使集气管起到储能作用。据估算，6MW海上电站占海面积为9万㎡，年利用小时数8,760小时，年发电量0.5亿kWh，造价3.5-4.5亿元，使用寿命70年，按全生命周期计算度电成本0.114元/kWh，不包括其它产品收入。 多能互补压缩空气储能海上电站 液态空气储能系统利用剩余电力将空气降温到零下196℃，空气将被液化，体积缩小近700倍，极大地降低了对储存装置容量的需求。需要输出电力时，空气膨胀驱动发电机即可供电，转化效率约为60%-70%，比电池效率略低，但是储罐成本极低，而且不需要补充耗材，使用寿命较长，具有大规模推广的潜力。该系统由英国发明家彼得·迪尔曼设计，建成50MW储能设备将为曼彻斯特附近大约50,000个家庭存储5个小时的电力。CarltonHighviewStorage公司还计划在英国进一步开发四个液态压缩空气储能项目，储能容量总计超过1GWh。Highview的液态压缩空气储能解决方案具有30-40年的使用寿命，已通过数个MW规模的试点项目证明，液态压缩空气储能在GW规模或每个项目数百MW规模下是最经济的。2020年10月，Highview宣布与总部位于智利的Energia-LatinaS.A.Enlasa成立合资公司，将在智利和其他拉美市场开发“GW级低温压缩空气储能项目”。 液态空气储能系统 类型名称类型说明 盐穴压缩空气储能系统 盐穴即盐矿开采后留下的矿洞，是一种珍贵的不可再生资源。盐穴压缩空气储能是利用水溶采盐后形成的巨大腔穴，在电网低谷时将空气压缩到盐穴中，用电高峰时再释放压缩空气发电，从而实现削峰填谷，提升电网调节能力。中国盐穴资源丰富，大部分体积巨大且密封性良好，适于储存石油、天然气等重要战略物资，也是储存高压空气的理想场所。2022年5月，江苏省常州市金坛盐穴压缩空气储能项目正式投产，标志着中国首个压缩空气储能国家示范项目按照商业电站标准完成建设，成功完成连续满负荷储能-发电试运行后正式投运。 3.压缩空气储能行业特征 中国压缩空气储能行业起步较晚，但成长迅速，项目规模从千瓦级逐步扩张至百兆瓦级，2022年已出现GW级签约项目。压缩空气储能作为一种新型储能技术，对行业尖端人才的依赖度较高，先发企业具有稳定的人才渠道与完善的培养机制，相对新进入企业已形成显著的人才壁垒。压缩空气储能技术具有工作时间和寿命长、成本经济、安全性好等优势，但目前在中国储能市场中渗透率较低，市场占比不足0.5%，未来市场增长潜力巨大。 中国压缩空气储能行业起步较晚，但成长迅速，项目规模从千瓦级逐步扩张至百兆瓦级。 项目规模2013年，河北廊坊超临界压缩空气储能示范项目规模为1.5MW，2014年，安徽芜湖压缩空气储能示范项目规模仅为500kW，储能系统效 持续升级率约33%。2017年，贵州毕节压缩空气储能验证平台规模达10MW，2021年，张家口先进压缩空气储能示范项目实现100MW级规模的突 破。此后投资、签约的压缩空气储能项目规模均在100MW及以上，2022年签约的江西九江瑞昌市压缩空气储能调峰调频电站项目计划规模达1GW，中国压缩空气储能行业正向GW级时代迈进。 压缩空气储能作为一种新型储能技术，对行业尖端人才的依赖度较高。 例如中国压缩空气储能领域的先发企业中储国能，首席科学家为中国先进压缩空气储能技术的创始人中国科学院工程热物理所陈海生研究人才壁垒员，目前研发团队200余人，产业化团队100余人，其中包括高级职称研究人员20余人，包括国家级人才计划入选者6名，中组部“享受国 较高务院特殊津贴专家”3名，国家杰青、863项目首席专家、973项目首席专家、国家重点研发计划项目首席专家、中科院先导专项项目首席专家等5名。行业大部分尖端人才集中在具有先发优势的头部企业，新进入企业很难形成稳定的人才输送渠道与完善的人才培养机制。因此，行业内先发企业和新进入企业之间的人才差距将不断扩大，形成显著的人才壁垒。 压缩空气储能技术具有工作时间和寿命长、成本经济、安全性好等优势，但目前在中国储能市场中渗透率较低，未来市场增长潜力巨大。 市场增长根据中国能源研究会储能专委会数据统计，截至2021年底，中国已投运电力储能项目累计装机规模46.1GW，同比增长30%，市场增量主空间巨大要来自新型储能，累计装机规模达5,729.7MW，同比增长75%，压缩空气储能在新型储能中占比3.2%，在电力储能中占比0.4%。2018-20 20年，压缩空气储能在中国储能市场中的占比均小于0.1%，渗透率极低，未来市场增长空间巨大。 压缩空气储能发展历程 4. 中国压缩空气储能行业迄今主要经历三个发展阶段：在1978-2003年的萌芽期，世界第一座商业性盐穴压缩空气储能电站建成，发达国家积极研究、建造、运营压缩空气储能系统，储能系统工作时间较长，但运行效率较低，在技术上存在较大改进空间。在2004-2020年的启动期，中国开启在压缩空气储能领域的相关研究，中国科学院工程热物理研究所及其产业化公司中储国能先后突破多个关键技术，并最终实现了系统的工程示范，完成了在世界压缩空 气储能技术领域从追赶到领先的跨越。在2021年至今的高速发展期，中国压缩空气储能项目规格突破百兆瓦级大关，首个商业电站项目完成投运，压缩空气储能技术进入商业化发展初期。 开始时间：1978结束时间：2003阶段：萌芽期 行业动态：1978年，德国率先建成世界上第一座商业性盐穴压缩空气储能电站——亨托夫（Huntorf）电站，该电站输出功率为321MW，运行效率为29%。1991年，美国建成世界上第二座商业性压缩空气储能电站——麦金托什（McIntosh）电站，该电站输出功率为110MW，运行效率为5 4%，储气洞穴在地下450m，总容积为5.6*105m³，压缩空气储气压力为7.5MPa，可实现连续41小时空气压缩和26小时发电，机组从启动到满负荷约需9分钟。2001年，日本上砂川盯压缩空气储能示范项目于北海道空知郡投入运行，利用废弃的煤矿坑(约在地下450m处)作为储气洞穴，最大压力为8MPa，输出功率为2MW，是日本开发400MW机组的工业试验用中间机组。2003年，瑞士ABB公司(后并入法国的阿尔斯通公司)正在开发联合循环压缩空气储能发电系统。储能系统发电功率为422MW，空气压力为3.3MPa，系统充气时间为8小时，储气洞穴为硬岩地质，采用水封方式。 行业影响/ 阶段特征：世界第一座商业性盐穴压缩空气储能电站建成，发达国家积极研究、建造、运营压缩空气储能系统，大多采用地下洞穴作为储气容器，对地质条件要求苛刻。储能系统工作时间较长，但运行效率较低，在技术上存在较大改进空间。 开始时间：2004结束时间：2020阶段：启动期 行业动态：中国科学院工程热物理研究所从2004年开始聚焦压缩空气储能技术研发，2009年原创性提出先进压缩空气储能技术新原理。同年，中国科学院工程热物理研究所在压缩空气储能领域的产业化公司中储国能与英国利兹大学合作建成2MW液态压缩空气储能系统。2010年，中储国能建成5kW蓄热式压缩空气储能系统，2011年建成15kW先进空气储能系统。2013年，中储国能于河北廊坊建成国际首套1.5MW超临界压缩空气储能系统，系统效率可达52.1%。2016年，中储国能于贵州毕节建成国际首套10MW先进压缩空气储能系统，系统效率可达60.2%。2017 年，热物理研究所开始研发100MW级新型压缩空气储能技术。 行业影响/ 阶段特征：中国在压缩空气储能领域相关研究开发起步较晚，但发展迅猛。中国科学院工程热物理研究所及其产业化公司中储国能从2004年至2020年先后突破多个关键技术，并最终实现了系统的工程示范，完成了在世界压缩空气储能技术领域从追赶到领先的跨越。 开始时间：2021阶段：高速发展期 行业动态：2021年，中储国能于山东肥城建成10MW盐穴压缩空气储能国家示范项目，系统效率可达60.7%，同年于河北张家口建成国际首套100MW先进压缩空气储能国家示范项目，系统额定设计效率可达70.4%。2022年5月，江苏省常州市金坛盐穴压缩空气储能项目正式投产，标志着中国首个压缩空气储能国家示范项目按照商业电站标准完成建设，成功完成连续满负荷储能-发电试运行后正式投运。该项目是中国压缩空气储能领域首个商业电站项目，由中盐集团、中国华能和清华大学三方共同开发，一期储能、发电装机均为60MW，远期建设规模1,000MW。 行业影响/ 阶段特征：中国压缩空气储能项目规格突破百兆瓦级大关，示范项目建设投运愈加频繁。储能项目系统效率稳步提升，系统额定设计效率可达70.4%。中国压缩空气储能领域首个商业电站项目完成投运，压缩空气储能技术进入商业化发展初期。 压缩空气