随着世界各地的公司争相寻找化石燃料的替代品，压缩空气提供了可持续且具有成本效益的能源存储。

能源行业在很大程度上推动了全球愿景，以实现更可持续的未来。风能、太阳能和许多其他能源解决方案正以比以往更高的速度获得普及和资金支持。

虽然可持续能源生产正在上升，但该行业面临的一项艰巨挑战仍然存在：存储问题。风力涡轮机和太阳能电池板在有风或晴天时自行提供稳定的电力，但在平静的白天或夜间需要额外的能量存储。

幸运的是，压缩空气可以提供解决方案。在可持续发展竞赛中相对落后的微型 CAES 可能是最终的储能解决方案，它将燃料电池的寿命与电池的储能技术相结合。

CAES 系统如何工作

从本质上讲，CAES 系统通过利用剩余电力来压缩空气，然后将其储存在独立容器或地下洞穴中。储存的能量可以全天释放，补充发电厂以满足全天的峰值能源需求。当需要能量时，CAES 通过发电的燃气轮机释放储存的空气。

CAES 系统经久耐用且高度可持续，可实现无限的充电和放电循环。相反，在其生命周期内，化学电池只能存储其生产所需能量的 2 到 10 倍。此外，电池必须定期更换，而 CAES 因其内在的可持续性而享有较低的维护需求和更长的预期寿命。

CAES 系统相对于电池存储系统的另一个优势是它们不需要使用有毒或稀有化学品。CAES 容器可以由小型企业使用负担得起的材料制造，而不是由必须从环境中提取铅、锂和稀土元素等材料的大型制造商制造。此外，构造 CAES 的可回收金属制品有助于提高其整体能源效率。

CAES 系统也比电池更具成本效益。事实上，从长远来看，由于材料提取的费用、环境中必需化学品的可用性下降以及维护和更换的高昂成本，电池会产生负的能源投资回报率。

虽然 CAES 的初始投资可能高于电池存储系统（考虑到地上安装的微型 CAES 可能比地下系统更昂贵），但 CAES 系统的年投资回报率远高于化学电池，这要归功于他们的寿命和可靠性。

存储系统

CAES 存储系统可以采用以下两种方式之一进行设计：恒压存储或定容存储。

恒压储存通过将气体保持在可变容积的容器中来工作，并且保持在水下数百米的储存容器保持恒定压力。储存容器顶部是水柱，其静水压力可以使容器保持恒定压力。植物在夜间充电并在白天排放空气以产生能量。

由于无论这种存储系统的体积波动如何，气压都保持恒定，因此涡轮机能够轻松处理所有存储的空气，从而优化系统以实现高能效。恒压系统也非常灵活，能够放置在需要的任何地方。

定容存储提供了一种更实惠（但效率稍低）的解决方案。定容存储不需要水下安装，而是涉及具有高度刚性的壁的腔室，热力学确保体积恒定，同时允许可变压力。这种系统通常在地下洞穴中实施，但也可以使用地上管道来进行更方便的存储。

定容存储的一个缺点是效率下降，因为系统的压力必须保持在一定水平以上才能满足安全标准。因此，并非所有压缩空气都可以在任何给定时间使用。

传统 CAES 系统对比 微型 CAES

传统的 CAES 系统通常被认为是一种大规模的储能形式，通常与抽水电站相比。传统的 CAES 要求可进入由多孔岩石组成的地下洞穴，从而允许膨胀的空气通过。膨胀的空气随后通过涡轮机，涡轮机又为发电机提供动力。

然而，由于其固有的低效率，很少采用传统的 CAES 系统。事实上，由于不可避免的能量损失，这些系统的最终电-电效率通常徘徊在 40% 到 52% 之间，而抽水电站的电转换效率为 70% 到 85%，而标准化学电池则高达 90%。

另一方面，微型 CAES 系统可以在独立的容器中创建，消除了传统 CAES 系统严格的地理要求并提高了能源效率。这些较小的系统可以优化为独立运行或与电网连接，并且可以与电池系统协同工作。

研究分散式压缩空气储能的主要原因是这样一个简单的事实，即这种系统可以安装在任何地方，就像化学电池一样。另一方面，大规模 CAES 依赖于合适的地下地质条件。尽管大型 CAES 电厂的潜在选址比大型抽水电站多，但找到合适的蓄水洞并不像以前假设的那么容易。它们在技术上以与大型 CAES 系统相同的方式运行，但具有可访问性的优势，因为它们可以安装在任何给定位置的地上。

面临实施的挑战

目前阻碍 CAES 系统大规模实施的三个关键问题是：不可避免的热损失、有限的存储容量和低效率。

压缩空气会产生大量热量，占所需总能量输入的大部分。更重要的是，当空气被释放时，它会膨胀，热量会减少，从而导致能量损失。

为了解决这个问题，大多数 CAES 模型提供了潜在的解决方案，用于存储压缩过程中产生的热量或用天然气产生额外的热量，以补充发电过程中遭受的损失——这会降低系统的可持续性。最好的选择是前者，因为当在发电过程中的压缩过程中保存热量并在发电过程中的膨胀过程中释放热量时，整个系统的效率得到了优化。

此外，当前的存储解决方案不允许一次存储大量空气，这使得该系统无法大规模实施。一种潜在的解决方案可能是以更高的压力储存空气以增加体积密度。然而，这带来了一个新问题：在更高的压力下储存能量以增加密度，随后会降低能源效率。

热损失和存储容量有限的问题都可能导致能源效率降低的整体问题。阻碍该系统作为可持续存储解决方案的潜在可行性的另一个因素是现代世界惊人的能源需求。随着全球电力消耗持续上升，小型 CAES 系统的能源输出可能无法满足需求，尤其是在美国和加拿大等国家，这些国家的家庭年平均用电量高达 10,700 千瓦时。

期待更节能的未来

很明显，压缩空气储能系统面临着许多艰巨的挑战。然而，随着欧洲和美国的工程师和科学家支持提高 CAES 的实用性和效率的研究，它有可能改变整个能源格局，并可能带来更可持续的未来。

在 气大师，我们与当今的 CAES 利益相关者分享可靠性、耐用性和能源效率的价值。出于这个原因，我们很高兴看到 CAES 技术可能会走向何方。