膨胀机|超大号电池——压缩空气储能技术的“前世今生”( 三 )_压缩空气储能|储能|能源|燃气

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图6 压缩空气储能系统
那么压缩空气能储存多少能量呢？根据热力学第二定律，区别于环境压力和温度的空气具有做功能力，单位质量做功能力（可转换的功）为e=u-u0-T0(s-s0)（u为内能， T为温度， s为熵，下标0代表环境条件），可见温度越高，内能u越大，熵s也越大，但是u-T0s仍是增大的；压力越大，熵s越小，但内能基本不变，因此温度和压力升高均会使单位质量空气的做功能力增大。当压缩空气压力为100倍大气压、温度为环境温度时， 1立方米空气内部的能量（可转化为电能）为12.9度电；当压力增至200倍大气压时， 1立方米空气储存电能为28.3度，进一步将空气加热至300摄氏度，可释放的电能变为54.4度。同时根据上述公式，可知温度极低时空气的做功能力也会急剧增大，如1立方米常压液态空气内部的可用能为201度电，可见最普通的空气也可蕴含巨大的能量。
和一般热力系统一样，评价压缩空气储能系统的重要指标之一为系统效率，是输出能量和输入能量的比值，其代表能量利用的热力学完善程度，目前先进压缩空气储能系统的理论计算效率可突破70% 。另一个重要指标为能量密度，其为系统储存的能量和储存体积的比值，用于判断系统是否能用较少的占地面积/体积产生较大的能量。除此之外，污染物和碳排放也是压缩空气储能系统评价指标，基于此，目前发展了几种零碳输入的先进压缩空气储能系统。
压缩空气储能技术应用及发展现状
压缩空气储能技术是从上世纪50 年代发展起来的，目前世界上有两个商业运行的压缩空气储能电站，分别是德国的Huntorf电站、美国Mcintosh电站，它们均为带有燃烧室和洞穴储气室的传统压缩空气储能系统。用电低谷时，多余的电带动电动机和压缩机将空气压入地下储存室，用电高峰时，压缩空气进入燃烧室与燃料混合燃烧产生高温高压燃气带动膨胀机和发电机发电。

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图7 德国Huntorf电站
可以看出，传统压缩空气储能系统依赖于化石燃料和大型储气室，且系统效率较低（较高的美国Mcintosh电站能量效率约54%），其发展和应用受到限制。基于此，国内外学者在传统压缩空气储能的基础上，通过采用优化热力循环、改变工质或其状态、与其他技术(包括储能技术)互补等方法，开拓出了多种新型的压缩空气储能技术，使其得到迅速发展，并得到产业界的广泛关注。目前主要的压缩空气储能技术包括：

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