【压缩机网】压缩空气储能发展面临的一个比较大的限制是储气，如果要低成本发展，大容量的地下储气场所必不可少，一个300MW×5小时的压缩空气项目需要的储气空间就超过50万立方。
储气设施是压缩空气储能电站的主要组成部分，既是电站建设成本和选址的决定因素，也是其运行能效和安全性的技术关键。
1.储气库分类
根据储气方式，压缩空气储能可以分为地面储能、地下储能和水下储能3种建设模式。
水下储能是以海底或湖底的人造球、储气罐等作为储气装置，现阶段应用较少，暂且按下不表。
地面储能以金属材料压力容器或其它材料储气仓作为储气装置，其中又以金属容器储气作为压缩空气地面储存的主要形式，具有安全性高、适应性强等特点，可实现系统的灵活选址、建设工程量小、建设周期短，在小型压缩空气储能系统中应用广泛。
金属容器储气一般分为钢瓶储气、管道储气和金属压力罐储气3种。相比钢瓶储气，直径较小的压力管道储气便于集成管网形成规模，安装布置更加灵活，目前在我国贵州10MW先进压缩空气储能示范项目中得到应用，中储国能张家口100MW先进压缩空气储能国家示范项目亦采用储气钢管+人工硐室地上与地下结合的储气方式。
地下储能以矿洞、盐穴、含水层、枯竭油气层或人工硐室等作为储气装置。
盐穴是盐矿开采后留下的矿洞，具有体积大、密闭性好、储气压力高、成本低、力学性能稳定、占地面积小等特点，我国盐穴资源丰富，已利用的盐穴约0.2%，大部分盐穴都处于闲置状态，未来可利用的空间较大。
为提高地下储气库的经济性，国内外亦积极探索利用改造废弃矿洞建设地下储气库的可行性。我国作为矿产资源大国，在各种金属矿、非金属矿的开采过程中形成了数亿立方米的开采空间，大量的矿井已因资源的枯竭而报废。这些废弃矿井和巷道经过改造后具有作为地下储气库的潜力，利用废弃矿井建设压缩空气储能电站的地下储气库能降低投资成本。
然而以广泛存在的废弃煤矿矿井及巷道为例，对其进行利用存在着空间稳定性不足、存在巷道坍塌和地面沉陷风险、埋深大带来的地下水处理难度大、煤矿瓦斯等有害气体处置等一系列问题需要研究解决。
2019年8月16日，全球首个基于煤矿矿洞的压缩空气储能电站项目于山西省大同市云冈区开工。项目基于清华大学电机系卢强院士团队技术，利用约7500m长的废弃煤矿巷道进行高压储气，可用容积达9万余m3。基于地质赋存、采掘条件的复杂性，废弃煤矿压缩空气储能技术整体处于初级阶段，关键技术与工程示范方面均需进一步研究。对于大规模的废弃金属矿来说，其伴生岩层的岩体质量相对较好、抗压强度高，变形模量大，巷道及竖井的稳定性较高，改造的技术难度和相关环境问题相对较小，因此更适合于改造成为压缩空气储能电站的地下储气库。
适合压缩空气储能的废弃或天然地下洞穴资源有限且选址不一定符合实际需求，而地面高压储气罐造价高且需要占用地面，因而人们把目光投向人造地下储气室。一方面可以摆脱对洞穴资源的限制；另一方面可以大大减少对地面的占用，从而使得地下人工硐室成为一种重要的工程方案。
人造硐室是基于成熟的地下岩体工程技术，通过在地下连续岩体中人工开挖成型获取大容量围岩硐室，可以用于大容量高压空气存储。人工硐室一般需要建造在硬岩层中，由混凝土、密封层、围岩等组成。储气室由围岩承受压力最高时的载荷，混凝土和密封层保证气密性，防止漏气。相比于传统洞穴储气，人造硐室储气方式的密闭性更好，能承受更高的储气压力，可在一定程度上减少电站对地形条件的依赖。
2.成本分析
储气方式对系统造价影响较大。综合分析国内已完成可研设计或正在开展可研设计的项目资料，考虑三种主要储气方式的平均造价水平：盐穴储气造价较低，约100元/kWh，条件较好的盐穴造价可进一步降低；人工硐室造价约500元/kWh；管线钢储气造价约1500元/kWh。对于放电时长5小时的压缩空气储能项目，人工硐室相比于盐穴储气增加造价2000元/kW，管线钢储气相比于盐穴储气增加造价7000元/kW。
同一储气方式下具体工艺和施工方案对造价也有一定影响。以人工硐室为例，不同的地质条件、开挖方案、支护方案、密封方案均会造成工程量费用差异。综合目前在建和正在开展前期工作的项目来看，硐室单位造价大约在2000-3500元/m3。
考虑用穴用地成本，人工硐室与盐穴储气投资差缩小，管线钢储气与另外两种储气方式投资差增大。
根据目前已有工程数据，2×300MW×5h压缩空气盐穴租金每年800万元，按照30年，年利率4.5%，折算现值为13600万元，即45元/kWh。盐穴储气库不仅可用于压缩空气储能，也广泛应用于石油天然气的存储，因此在盐穴资源紧缺情况下，租赁成本可能进一步增加。管线钢相比于盐穴和人工硐室增加的用地成本主要为征地费用。5MW×2h压缩空气储能管线钢占地约4500m2（约7亩），不同地区征地价格不同，一般在10-20万元/亩，按照15万元/亩计算，管线钢增加的用电成本约105元/kWh。
综合预计，未来盐穴储气方式考虑租赁后成本造价略有上升，约150元/kWh；人工硐室约降至400元/kWh；管线钢约降至1300元/Wh。对于放电时长为5h的系统，盐穴储气造价约750元/kW；人工硐室约降至2000元/kW；管线钢约降至6500元/kW。
由于大型压缩空气储能电站需要较大的储气空间，地上储气库一般只适用于中小型电站，且单位投资成本普遍高于地下储气库。因此，从经济性和储气规模考量，现阶段在建、规划项目多采用地下储气库。
3.如何降本
人工硐室造价主要为建安工程费，造价下降依赖于未来硐室建造技术的进一步突破。
管线钢储气环节造价约60%-70%在于管材、10%-20%在于焊材和焊接工艺、其他部分主要包括施工和防腐等，造价下降主要依赖于未来材料技术的进步。
综合来看，盐穴储气库多基于已开采完成的老腔，主要成本在于初期改造和后期维护，建设投资成本相对较小，但盐岩地层具有地区局限性，且存在盐穴蠕变、盐岩夹层变形破坏诱发盐穴失效问题；地下矿洞改造与新建硬岩储气库中新建洞穴均需一定量的建设投资；地下矿洞改造的主要问题是地下瓦斯等有毒气体的影响及煤岩的损伤可能对储气库建设投资和后期运营影响较大，新建硬岩储气问题相对较少，主要在于洞穴开挖和衬砌支护等相关投资能否控制在一定合理范围内。
“地下决定成败，地上决定好坏。”中能建数科集团党委书记、董事长万明忠曾形象地表示。那么，压缩空气储气库该如何降本？
①由于钢材单价较高，大型压缩空气电站采用高压钢罐储气造价最高，初步估算可占电站总投资的30%以上，经济性最差。但从布置条件来说，高压钢罐不受厂区地质条件限制，可以更靠近负荷中心，甚至布置在城市里。对于未来火电容量替代的应用场景，如直接利用火电厂厂址改造储能设施，采用地面储气罐是更可行的方式。为进一步降低造价，应尽量少用钢材，在高分子材料钢混复合结构容器等方面开展研究。
②盐穴储气库多基于已开采完成的老腔，主要成本在于初期改造和后期维护，建设投资成本相对较小，但盐岩储气库存在选点局限性、盐穴失效、输气管道受限发电效率低等问题。
③废弃矿洞改造储气库工程造价适中，但不同矿洞的地质条件相差较大，工程投资不确定性可能较大。对于煤矿而言，地下瓦斯等有毒气体和煤岩损伤等可能影响后期运营。
④新建人工硐室储气库布置限制最少，单位造价最高，运行问题相对较少。随着压缩空气储能项目的规模化发展，地下工程的建设费用有一定下降空间。另可考虑开挖料综合利用、开发新型衬砌结构和密封材料等，以进一步降低造价。
【压缩机网】压缩空气储能发展面临的一个比较大的限制是储气，如果要低成本发展，大容量的地下储气场所必不可少，一个300MW×5小时的压缩空气项目需要的储气空间就超过50万立方。
储气设施是压缩空气储能电站的主要组成部分，既是电站建设成本和选址的决定因素，也是其运行能效和安全性的技术关键。
1.储气库分类
根据储气方式，压缩空气储能可以分为地面储能、地下储能和水下储能3种建设模式。
水下储能是以海底或湖底的人造球、储气罐等作为储气装置，现阶段应用较少，暂且按下不表。
地面储能以金属材料压力容器或其它材料储气仓作为储气装置，其中又以金属容器储气作为压缩空气地面储存的主要形式，具有安全性高、适应性强等特点，可实现系统的灵活选址、建设工程量小、建设周期短，在小型压缩空气储能系统中应用广泛。
金属容器储气一般分为钢瓶储气、管道储气和金属压力罐储气3种。相比钢瓶储气，直径较小的压力管道储气便于集成管网形成规模，安装布置更加灵活，目前在我国贵州10MW先进压缩空气储能示范项目中得到应用，中储国能张家口100MW先进压缩空气储能国家示范项目亦采用储气钢管+人工硐室地上与地下结合的储气方式。
地下储能以矿洞、盐穴、含水层、枯竭油气层或人工硐室等作为储气装置。
盐穴是盐矿开采后留下的矿洞，具有体积大、密闭性好、储气压力高、成本低、力学性能稳定、占地面积小等特点，我国盐穴资源丰富，已利用的盐穴约0.2%，大部分盐穴都处于闲置状态，未来可利用的空间较大。
为提高地下储气库的经济性，国内外亦积极探索利用改造废弃矿洞建设地下储气库的可行性。我国作为矿产资源大国，在各种金属矿、非金属矿的开采过程中形成了数亿立方米的开采空间，大量的矿井已因资源的枯竭而报废。这些废弃矿井和巷道经过改造后具有作为地下储气库的潜力，利用废弃矿井建设压缩空气储能电站的地下储气库能降低投资成本。
然而以广泛存在的废弃煤矿矿井及巷道为例，对其进行利用存在着空间稳定性不足、存在巷道坍塌和地面沉陷风险、埋深大带来的地下水处理难度大、煤矿瓦斯等有害气体处置等一系列问题需要研究解决。
2019年8月16日，全球首个基于煤矿矿洞的压缩空气储能电站项目于山西省大同市云冈区开工。项目基于清华大学电机系卢强院士团队技术，利用约7500m长的废弃煤矿巷道进行高压储气，可用容积达9万余m3。基于地质赋存、采掘条件的复杂性，废弃煤矿压缩空气储能技术整体处于初级阶段，关键技术与工程示范方面均需进一步研究。对于大规模的废弃金属矿来说，其伴生岩层的岩体质量相对较好、抗压强度高，变形模量大，巷道及竖井的稳定性较高，改造的技术难度和相关环境问题相对较小，因此更适合于改造成为压缩空气储能电站的地下储气库。
适合压缩空气储能的废弃或天然地下洞穴资源有限且选址不一定符合实际需求，而地面高压储气罐造价高且需要占用地面，因而人们把目光投向人造地下储气室。一方面可以摆脱对洞穴资源的限制；另一方面可以大大减少对地面的占用，从而使得地下人工硐室成为一种重要的工程方案。
人造硐室是基于成熟的地下岩体工程技术，通过在地下连续岩体中人工开挖成型获取大容量围岩硐室，可以用于大容量高压空气存储。人工硐室一般需要建造在硬岩层中，由混凝土、密封层、围岩等组成。储气室由围岩承受压力最高时的载荷，混凝土和密封层保证气密性，防止漏气。相比于传统洞穴储气，人造硐室储气方式的密闭性更好，能承受更高的储气压力，可在一定程度上减少电站对地形条件的依赖。
2.成本分析
储气方式对系统造价影响较大。综合分析国内已完成可研设计或正在开展可研设计的项目资料，考虑三种主要储气方式的平均造价水平：盐穴储气造价较低，约100元/kWh，条件较好的盐穴造价可进一步降低；人工硐室造价约500元/kWh；管线钢储气造价约1500元/kWh。对于放电时长5小时的压缩空气储能项目，人工硐室相比于盐穴储气增加造价2000元/kW，管线钢储气相比于盐穴储气增加造价7000元/kW。
同一储气方式下具体工艺和施工方案对造价也有一定影响。以人工硐室为例，不同的地质条件、开挖方案、支护方案、密封方案均会造成工程量费用差异。综合目前在建和正在开展前期工作的项目来看，硐室单位造价大约在2000-3500元/m3。
考虑用穴用地成本，人工硐室与盐穴储气投资差缩小，管线钢储气与另外两种储气方式投资差增大。
根据目前已有工程数据，2×300MW×5h压缩空气盐穴租金每年800万元，按照30年，年利率4.5%，折算现值为13600万元，即45元/kWh。盐穴储气库不仅可用于压缩空气储能，也广泛应用于石油天然气的存储，因此在盐穴资源紧缺情况下，租赁成本可能进一步增加。管线钢相比于盐穴和人工硐室增加的用地成本主要为征地费用。5MW×2h压缩空气储能管线钢占地约4500m2（约7亩），不同地区征地价格不同，一般在10-20万元/亩，按照15万元/亩计算，管线钢增加的用电成本约105元/kWh。
综合预计，未来盐穴储气方式考虑租赁后成本造价略有上升，约150元/kWh；人工硐室约降至400元/kWh；管线钢约降至1300元/Wh。对于放电时长为5h的系统，盐穴储气造价约750元/kW；人工硐室约降至2000元/kW；管线钢约降至6500元/kW。
由于大型压缩空气储能电站需要较大的储气空间，地上储气库一般只适用于中小型电站，且单位投资成本普遍高于地下储气库。因此，从经济性和储气规模考量，现阶段在建、规划项目多采用地下储气库。
3.如何降本
人工硐室造价主要为建安工程费，造价下降依赖于未来硐室建造技术的进一步突破。
管线钢储气环节造价约60%-70%在于管材、10%-20%在于焊材和焊接工艺、其他部分主要包括施工和防腐等，造价下降主要依赖于未来材料技术的进步。
综合来看，盐穴储气库多基于已开采完成的老腔，主要成本在于初期改造和后期维护，建设投资成本相对较小，但盐岩地层具有地区局限性，且存在盐穴蠕变、盐岩夹层变形破坏诱发盐穴失效问题；地下矿洞改造与新建硬岩储气库中新建洞穴均需一定量的建设投资；地下矿洞改造的主要问题是地下瓦斯等有毒气体的影响及煤岩的损伤可能对储气库建设投资和后期运营影响较大，新建硬岩储气问题相对较少，主要在于洞穴开挖和衬砌支护等相关投资能否控制在一定合理范围内。
“地下决定成败，地上决定好坏。”中能建数科集团党委书记、董事长万明忠曾形象地表示。那么，压缩空气储气库该如何降本？
①由于钢材单价较高，大型压缩空气电站采用高压钢罐储气造价最高，初步估算可占电站总投资的30%以上，经济性最差。但从布置条件来说，高压钢罐不受厂区地质条件限制，可以更靠近负荷中心，甚至布置在城市里。对于未来火电容量替代的应用场景，如直接利用火电厂厂址改造储能设施，采用地面储气罐是更可行的方式。为进一步降低造价，应尽量少用钢材，在高分子材料钢混复合结构容器等方面开展研究。
②盐穴储气库多基于已开采完成的老腔，主要成本在于初期改造和后期维护，建设投资成本相对较小，但盐岩储气库存在选点局限性、盐穴失效、输气管道受限发电效率低等问题。
③废弃矿洞改造储气库工程造价适中，但不同矿洞的地质条件相差较大，工程投资不确定性可能较大。对于煤矿而言，地下瓦斯等有毒气体和煤岩损伤等可能影响后期运营。
④新建人工硐室储气库布置限制最少，单位造价最高，运行问题相对较少。随着压缩空气储能项目的规模化发展，地下工程的建设费用有一定下降空间。另可考虑开挖料综合利用、开发新型衬砌结构和密封材料等，以进一步降低造价。
网友评论
条评论
最新评论