水電總院丨壓縮空氣儲能標準體系建設情況及發展建議
來源：中能傳媒研究院 時間：2023-05-31 10:35
壓縮空氣儲能標準體系建設情況及發展建議
在構建新型電力系統的過程中，壓縮空氣儲能因其自身具有裝機容量大、儲能周期長、建設周期短、系統效率高、安全系數高、環境污染小等優勢，被認為是最具發展前景的大規模長時新型儲能技術路線。伴隨壓縮空氣儲能技術進步和產業發展，標準體系建設也亟待加強。本文在梳理產業發展和標準化建設總體情況的基礎上，提出了壓縮空氣儲能標準體系框架，以及進一步加強標準化建設的工作建議。
一、壓縮空氣儲能產業發展總體情況
在碳達峰、碳中和目標要求下，高比例可再生能源是能源系統轉型的核心方向。但是，隨著可再生能源開發消納規模的不斷擴大，其對電網帶來的隨機性、波動性、間歇性等問題也日益凸顯，電網的脆弱性大幅提升。尤其在大型新能源基地、沙漠戈壁荒漠大型風電光伏基地項目集中建設的背景下，新型儲能由于建設周期短、選址簡單靈活、調節能力強、與新能源開發消納的匹配性好等優勢，規模化應用正加快推進。根據國務院《2030年前碳達峰行動方案》，到2025年，我國新型儲能裝機容量將達到3000萬千瓦以上。
壓縮空氣儲能作為新型儲能的重要組成，在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在高壓儲氣罐、大型地下洞室、鹽穴、報廢礦井、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網負荷高峰期釋放壓縮空氣以推動膨脹機發電。在新型儲能技術中，壓縮空氣儲能具有裝機容量大、儲能周期長、系統效率高、安全系數高、環境污染小等優點，一般可儲釋能上萬次，壽命達30~50年，被認為是最具發展前景的大規模長時新型儲能技術路線。
國內壓縮空氣儲能技術研究起步較晚，但進步迅速，主要以非補燃壓縮空氣儲能技術路線為主。其中，0.5兆瓦蕪湖非補燃示范項目于2014年建成，貴州畢節10兆瓦壓縮空氣儲能驗證平臺和肥城（一期）10兆瓦壓縮空氣儲能調峰電站于2021年投產，金壇壓縮空氣儲能示范項目于2022年5月正式投入運行，張北壓縮空氣儲能項目于2022年進入帶電調試階段。2022年3月，國家發展改革委、國家能源局聯合印發《“十四五”新型儲能發展實施方案》，要求推動百兆瓦級壓縮空氣儲能技術實現工程化應用。在政策的推動下，在技術突破的基礎上，越來越多的項目相繼落地。截至2022年11月，據不完全統計，備案、簽約、在建、投運項目合計35個，其中公開規模數據項目合計820萬千瓦。
二、壓縮空氣儲能標準現狀及問題
標準既是工程經驗的總結，更是支撐和引領行業高質量發展的重要保障。在技術積累的基礎上，我國壓縮空氣儲能標準化建設也得到了同步發展，國家標準、行業標準、團體標準等不同層級標準相繼發布（詳見下表）。其中，國家標準、行業標準均為2021—2022年標準計劃，預計2025年前發布實施。
目前，壓縮空氣儲能技術處于由研發示范向商業化過渡的關鍵階段，但通過對現行標準情況的梳理可以發現，壓縮空氣儲能領域標準建設存在以下主要問題：一是標準化建設頂層設計不足，科學健全的標準體系尚未建立；二是關鍵性技術標準嚴重缺失，相關標準不僅尚未發布實施，甚至尚未優先加快立項；三是標準立項與編制系統性不強，各參與企業編制標準意愿強，但未形成系統性意見等。
因此，為充分發揮標準對行業發展的規范、支撐和引領作用，應加快建立涵蓋壓縮空氣儲能項目全生命周期的標準體系，強化頂層設計，加強對相關技術標準制定工作的指導。
表 我國壓縮空氣儲能標準編制情況匯總表
三、壓縮空氣儲能標準體系構建思路
從系統應用的角度看，壓縮空氣儲能標準體系應涵蓋項目規劃設計、建造驗收、運行維護以及關鍵設備等環節。從壓縮空氣儲能電站設計建造內容的角度看，標準體系主要由儲能系統和儲氣系統組成，兩部分相對獨立。前者包含壓縮機、儲/換/補熱設備、膨脹機和測控系統等主要設備系統，后者包含地面儲罐或地下儲氣庫。尤其是地面儲罐和地下儲氣庫（鹽穴利用、礦洞利用、新建巖洞等）兩種型式，其核心技術和標準內容完全不同，在體系建設中亦應有所區分。
基于以上分析，建議按時序階段“全生命周期”與專業內容全覆蓋理念，建立“壓縮空氣儲能技術標準體系”，具體可分為三個層次（詳見下圖）：第一層次為“T 基礎通用”標準，是第二、三層次標準的基礎，具有廣泛的指導性。第二層次兼顧時序階段劃分和專業特色，分為“A 規劃設計”“B 施工及驗收”“C 設備”“D 運行維護”“E 技術經濟”5個子體系。第三層次按通用、儲能系統、儲氣系統對標準進行歸類。
圖 壓縮空氣儲能技術標準體系框架圖
其中，“T 基礎通用”子體系中，主要包括工程等級劃分及設計安全標準、電站標識系統編碼、信息模型等基礎性、通用性標準，適用于壓縮空氣儲能工程建設與運營的全過程。“A 規劃設計”子體系中，主要針對壓縮空氣儲能規劃研究、勘察設計等方面提出技術要求，包含《壓縮空氣儲能電站設計規范》《電力儲能用壓縮空氣儲能系統技術要求》《壓縮空氣儲能系統集氣裝置工程設計規范》《壓縮空氣儲能電站地下高壓儲氣庫設計規范》等工程項目設計階段關鍵核心技術標準。“B 施工及驗收”子體系中，主要對壓縮空氣儲能電站工程施工、安裝、調試、驗收等方面提出技術要求，包括《壓縮空氣儲能電站設備安裝與調試規程》《壓縮空氣儲能電站機組啟動試運行及驗收規程》等項目建造與驗收階段關鍵標準。“C 設備”子體系，對壓縮空氣儲能電站主要設備及系統提出技術要求，包含壓縮機、膨脹透平機、儲換熱系統設備等重要設備的技術要求標準。“D 運行維護”和“E 技術經濟”子體系，主要包含壓縮空氣儲能工程運行與維護、項目管理、工程造價和技術經濟等方面的技術標準。
四、加快推進壓縮空氣儲能標準化建設的建議
“十四五”時期，伴隨著可再生能源行業大規模、高比例、快速發展，可以預見我國壓縮空氣儲能行業也將迎來規模化發展新階段。面對壓縮空氣儲能行業和技術的快速發展，亟需加快推進我國壓縮空氣儲能技術標準體系建設，加強標準化管理，并提高標準編制質量，滿足產業發展的需求，并支撐和促進壓縮空氣儲能高質量發展。
一是加快壓縮空氣儲能技術標準體系建設。一方面，國家標準化技術委員會、國家能源局、全國電力儲能標準化技術委員會等，盡快推動構建層級明確、協調統一、具有較強指導性的技術標準體系，并充分實現各層級技術標準的有效聯動和協調發展。另一方面，按照“覆蓋全生命周期與專業內容”的總體要求，以及“創新引領、重點推進、急用先行”基本原則，加快推進壓縮空氣儲能技術標準體系建設。
二是堅持壓縮空氣儲能技術創新、工程示范與標準化一體化推進，加快關鍵核心技術研制。充分結合目前正在開展的大量壓縮空氣儲能示范工程建設與運行，加快對相關技術要求的提煉與總結，盡快推動標準化轉化。同時，研究建立壓縮空氣儲能技術創新、工程示范與標準研制的聯動機制，同時部署技術研發與標準研制，及時將先進創新成果融入技術標準，著力實現科技創新、標準制定和標準實施協同發展，不斷提升標準水平。
三是按照儲能發展和安全運行需求，對涉及壓縮空氣儲能電站安全等重點領域的關鍵核心技術標準加快研制進度。同時，結合與風電、光伏、火電、抽水蓄能等其他電源或儲能設施聯合運行的需要，加強多種應用場景相關標準的研制。
四是充分發揮團體標準快速反映市場和創新需要的優勢，加快壓縮空氣儲能團體標準編制，增加標準有效供給。并在此基礎上，加強對團體標準的跟蹤與分析，推動相關成果的有效轉化。
五是加強壓縮空氣儲能標準化工作的國際交流與合作。積極參與國際標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）等國際標準化活動，參與相關標準制定工作。（水電水利規劃設計總院 岳蕾 武明鑫 王富強）
責任編輯：張棟鈞
