“十四五”可再生能源规划落地：大规模、高消纳、市场化

一是优化新能源开发建设布局。严格控制弃风弃光严重地区的风电和光伏发电新增建设规模，尤其是在新疆、甘肃等三北地区。避免加重了存量项目运行困难，适当把发展的重心转移到不弃风和不弃光的中东部和南方地区。

二是采取针对性措施解决西南地区弃水问题。利用贵州送广东减送临时腾出的空间以及通过水火置换、市场化交易等方式，组织云南增送广东电量；加快四川电力外送通道建设，上半年川电外送500千伏第三通道已经投运，第四通道也在进一步推进中。今年上半年，西南地区弃水情况有所好转。

三是优化可再生能源系统调度运行。国家电网公司加大调控力度，充分发挥调度作用，实施全网统一调度，充分发挥大电网的作用，跨区域安排旋转备用容量和火电开机方式，深度挖掘系统调峰能力。南方电网公司充分利用大数据、云计算等技术，及时开展流域梯级、跨流域协调调度，这个也是起到了很好的作用。内蒙古电力公司也积极研究风电和光伏发电的技术特性，强化实时调度。

四是落实可再生能源电力消纳监测评价制度。印发了《可再生能源开发利用目标引导制度》，明确了各地区用电量中非水电可再生能源比重指标，另外出台了《可再生能源发电全额保障性收购管理办法》，建立了可再生能源发电全额保障性收购制度，各地没有达到保障收购小时数要求的，在规模上要加以控制。

五是建立可再生能源发电就近消纳机制。指导内蒙古等地区扩大本地就近消纳，提高可再生能源保障性收购电量并扩大直接交易。结合北方地区清洁取暖工作，扩大风电清洁取暖规模，目前已安排供暖面积500万平方米，我们也在做一个北方地区清洁供暖的指导意见。另外，在河北、吉林等地区开展风电制氢示范工程。

2、鼓励储能、充电桩等直接运营及收益方以独立户号参与需求响应，区别于关联用户营销户号，提升参与需求响应积极性。

在需求响应可中断电价标准中增加响应速度系数

为更好的应对因新能源出力日内波动等突发情况导致的时段性电力供需矛盾，用户可在较短时间内完成与电网互动，弥补电力平衡缺口尤为重要，近年来我省重点加强了各地用户“快上快下”负荷调节能力建设。将需求响应可中断负荷电价响应速度系数由原来的3挡细分为6挡，可以更好的激励用户进一步提升响应速度，实现“快上快下”错避峰。

按此计算，普通用户需求响应可中断负荷电价最高为45元/千瓦。

对通过需求响应临时性增加（填谷）负荷，促进可再生能源电力消纳，执行可再生能源消纳补贴。约定响应谷时段可再生能源消纳补贴为5元/千瓦，平时段补贴为8元/千瓦。

明确尖峰电价收支平衡原则

尖峰电价增收的资金用于需求响应可中断电价和可再生能源消纳补贴的支出，按照公平、公开、透明原则安排使用。当年尖峰电价增收资金大于需求响应补贴需支出总额时，按照电价标准予以补贴，尖峰电价资金可跨年滚动使用；当年尖峰电价增收资金小于需求响应补贴需支出总额时，按照尖峰电价增收与补贴发放收支平衡原则，对补贴发放按比例折算。

详情如下：

江苏省电力需求响应实施细则

（修订征求意见稿）

为进一步深化电力需求侧管理，优化资源配置，促进清洁能源消纳，保障电力系统安全、平稳、绿色、高效运行，推动能源高质量发展，根据国家《关于深入推进供给侧结构性改革做好新形势下电力需求侧管理工作的通知》（发改运行规〔2017〕1690号）、《电力需求侧管理办法（修定版）》、《有序用电管理办法》和《国家发改委关于江苏省实施季节性尖峰电价有关问题的复函》（发改价格〔2015〕1028号）《关于认真做好2022年迎峰度冬电力供应保障工作的通知》等文件，结合我省近年来开展电力需求响应工作实际和市场化改革情况，制订本实施细则。

一、实施需求响应的意义

需求响应是指电力市场价格明显升高（降低）或系统安全可靠性存在风险时，电力用户根据价格信号或激励措施，改变其用电行为，减少（增加）用电，从而促进电力供需平衡、保障电网稳定运行。

近年来，受电力需求刚性增长和近年来省内大型支撑性电源投产不足影响，全省电力供需总体趋紧。叠加冬季极端寒潮天气、夏季持续高温等因素影响，电力保供压力不断增大。主要呈现以下特点：一是电力供需总体处于“紧平衡、硬缺口”态势。近两年迎峰度夏（冬）用电高峰时期，我省电力供需总体处于“紧平衡、硬缺口”态势，局部短时段“缺电力”的现象频发，对保障大电网安全稳定运行，提升快速应急响应能力提出了更高要求。二是尖峰负荷供需矛盾突出。江苏电网近5年最高负荷95%以上尖峰负荷平均持续时间仅有35.6小时左右，为解决不足50小时的电网尖峰负荷缺口配置发供电资源既不经济也不科学，尖峰负荷供需矛盾凸显。三是新能源出力具有较强的波动性和间歇性。目前省内风电、光伏等新能源发电比例显著提高，总装机容量达到4370万千瓦。其出力与天气变化耦合紧密，风电出力最大时可达1924万千瓦，最小时仅有4.5万千瓦；光伏出力白天最大时可达1376万千瓦（全口径），晚间为0，大大增加电力平衡难度。四是空调、采暖等负荷逐年增长，加剧电网季节性峰谷差。近几年，第三产业及居民采暖、制冷负荷飞速增长，2022年夏季持续高温天气下，全省最高空调负荷约6000万千瓦，达到最高调度负荷49%，在全额保障大民生用电的原则下，电网调峰困难问题更加突出。

尽管通过传统的行政管理手段能够有效控制用电负荷，达到保障供用电秩序稳定的目的，但在一定程度上将对工业生产造成一定的影响，组织协调实施难度不断加大，同时也难以适应当前稳中求进的经济社会发展工作大局。因此，通过实施需求响应，运用经济杠杆，引导电力用户提高电能精细化管理水平，主动开展需求响应削峰填谷，最大限度的减小缺电对企业生产经营活动的影响，对切实做到保电力安全与保经济增长统筹兼顾，优化资源配置，提高全系统能源效率具有十分重要的意义。

二、实施原则与目标

（一）实施原则

需求响应工作坚持“安全可靠、公正平等、开放透明”的原则。安全可靠是需求响应量建设和响应执行的基础，既要保障电网运行稳定可靠，也要保障企业生产安全运行；公正平等原则是保障需求响应工作有效开展的前提，在实施过程中严格按照相关法律政策和约定规则公正执行，对所有参与用户公平公正；开放透明原则是保障需求响应工作持续推进的关键，参与规则简单清晰,面向社会公开，鼓励广大用户自愿参与。

（二）工作目标

一是建立完善需求响应体系。体系包括市场模式、响应规则、技术架构、数据管理等，实现用电与电网之间互联互通互动，促进电力资源优化配置，推动负荷管理科学化、用电服务个性化。

二是缓解电力供需矛盾。将市场化的需求响应作为需求侧负荷管理的前置手段和柔性措施，优先通过开展需求响应缓解供需矛盾，尽可能保障企业生产经营活动的正常开展，维护供用电秩序的稳定。

三是削减尖峰负荷。形成最大用电负荷5%以上的需求响应能力，当电网备用容量不足、局部过载或是峰谷差过大时，通过引导用户开展需求响应实现移峰填谷，减小峰谷差，提高电网负荷率和运行效率。

四是引导用户实施精细化负荷管理。大力推进企业电能管理系统建设，实现对参与响应的用电线路和设备在线监测，结合监测数据和能效分析，开展用户电力负荷优化，提高电能管理水平。

五是促进可再生能源消纳。建立可再生能源消纳激励机制，鼓励引导用户以填谷为目的主动提升负荷，更低成本、更环保地提高电力系统灵活性，适应可再生能源的波动性，充分保障可再生能源的正常消纳。

三、实施内容

（一）申请条件

申请参与需求响应的电力用户应满足以下条件：

1.具有独立省内电力营销户号；

2.非居民用户应具备完善的负荷管理设施及用户侧开关设备，且运行状态良好。

3.已实现电能在线监测，并接入江苏省电力需求侧管理平台和新型电力负荷管理系统。

4.鼓励居民用户通过负荷集成商申请参与需求响应，具备智能家居控制系统或空调（家庭制冷/取暖设备）远程控制系统的居民用户，可通过需求响应平台申请参与需求响应。

5.工业企业需符合国家相关产业政策和环保政策，具有较高的能源管理和利用水平。

6.负荷集成商作为单个用户申请参与需求响应，其集成的电力用户需满足上述条件。

7.拥有储能、充电桩设施、数据中心、基站等其他具备可中断负荷的用户和运营商可以独立户号参与需求响应。

8.鼓励智能家居企业等成为负荷集成商，参与需求响应。

（二）响应方式

需求响应分为约定需求响应和实时需求响应两种方式。

1.约定需求响应

在响应日或响应时段前，电力用户（负荷集成商）将收到省电力负荷管理中心通过新型电力负荷管理系统、手机APP、电话等多种方式发出的响应执行通知，告知响应时间段及响应量。电力用户（负荷集成商）在确定参与响应后，可协商确定计划响应量，并在响应时段自行调整用电负荷完成响应过程。

参与约定需求响应的用电设备须实现用电信息在线监测（数据采集周期为15分钟，包括用电信息采集系统、调度系统、调度一体化电量系统），并接入省电力需求侧管理平台。

2.实时需求响应

参与实时需求响应的设备应具备可立即中断或快速中断的负荷特性，响应方式以自动需求响应为主。省电力负荷管理中心通过江苏省电力需求侧管理平台或新型电力负荷管理系统以完全自动化（或半自动化）方式内与电力用户（负荷集成商）电能管理系统（生产管理系统、自动化系统、控制系统）、智能家居管理系统等完成指令发送、响应量确认和负荷下降全过程，响应速度应至少达到分钟级。

参与实时需求响应的用电设备应具备以下能力：

（1）在线监测：数据采集周期为30秒（包括用电信息采集系统、调度系统、调度一体化电量系统），上报江苏省电力需求侧管理平台。

（2）远程控制：可接收江苏省电力需求侧管理平台发出的负荷调控指令并及时执行。

（3）响应状态设置：出于安全性或经济性考虑，电力用户（负荷集成商）有权根据实际情况改变特定线路或设备的响应状态（参与或不参与响应），并通过系统接口实时告知江苏省电力需求侧管理平台。

（4）对用电线路或设备的负荷调控，可通过加装专用的远程控制终端或与电能管理系统（生产管理系统、自动化系统、控制系统）、智能家居管理系统等实现对接。实时需求响应过程必须确保安全，须充分考虑生产工艺、流程实际情况，结合用电设备运行特征，在要求响应时段内实现用电负荷科学有序调控。

（5）通信报文加密：监测数据上报及控制指令下发报文均按系统要求进行加密。（居民家庭用电参与实时需求响应暂不做此要求）。

出于用电安全考虑，省电力负荷管理中心在响应结束后只发出响应解除通知，不发送自动复电指令，各电力用户（负荷集成商）在收到响应解除通知后自行复电。

（三）响应原则

1.各地每年完成协议签订的需求响应可中断负荷容量应达到当年预计响应目标的150%，作为需求响应能力储备。

2.单个工业用户约定响应量一般为该企业最高用电负荷的5%-20%；如遇极端天气、设备突发故障、新能源出力大幅波动等不可抗力情况下，原则上在不影响企业用电安全前提下，约定响应量不受限制。

3.负荷集成商视为单个用户参与需求响应，每个负荷集成商约定的响应量原则上不小于1万千瓦。

4.约定和实时需求响应原则上1天不多于2次、每次不超过2小时。如遇极端天气、设备突发故障、新能源出力大幅波动等不可抗力情况下，按照调度指令执行。

5.居民用户原则上由负荷集成商代理参与实时需求响应。

6.若用户委托负荷集成商参与需求响应，应与负荷集成商签订需求响应可中断负荷业务委托协议，确定参与的设备以及负荷量，明确安全责任，并将协议上传至需求响应平台。

（四）响应启动条件

1.削峰需求响应启动条件

（1）全省或部分供电分区呈现电力供需平衡缺口时（但不包含发生全网或局部电网紧急事故状态下的电力缺口情况）；

（2）全网用电负荷达到上一年度最高负荷的95%以上，或系统峰谷差率达到20%及以上；

（3）电网备用容量不足或局部负荷过载；

2.填谷需求响应启动条件

当用电负荷水平较低，电网调差能力不能适应峰谷差及可再生能源波动性、间歇性影响，难以保证电网安全稳定运行时，可启动填谷需求响应。

（五）响应实施

1、响应邀约

按照“一次申报、阶段邀约、随时调用”原则，电力用户（负荷集成商）每年年初根据自身实际自愿申报参与需求响应，省负荷管理中心分别在迎峰度夏和度冬前对申报成功的用户进行阶段性响应邀约（邀约时段一般为迎峰度夏和度冬相对应的时间节点），用户可再次确认参与响应的容量和时段，用户应邀后省电力负荷管理中心可根据电力供需形势随时调用需求响应资源。

2、响应启动

电力公司根据电力平衡缺口情况向省发改委提出需求响应启动申请，经同意后，省电力负荷管理中心向新型电力负荷管理系统发布各地需求响应调控指标信息，系统自动确定响应范围后通过新型电力负荷管理系统、手机APP、智能语音、电话等方式向用户（负荷集成商）发布响应执行通知，告知其负荷基线、响应量、响应时段。

当满足以下条件时，各设区市有权限自行启动需求响应执行，但事后必须向省发改委、省电力公司报备：地区或电网分区呈现供电缺口，且在当年省级调度或地区调度电网年度运行方式中已备案。

地市供电公司提出的需求响应启动请求经市发改委确认后，由地市发改委、供电公司根据实际需要确定负荷削减响应量，并向范围内的所有签约用户和负荷集成商发出响应通知。为统筹平衡全省需求响应资金使用，设区市自主发起的需求响应原则上全年不超过5次，否则需报省发改委、省电力公司同意后再实施。

3.响应量确认

收到需求响应通知的电力用户和负荷集成商应及时反馈是否参与响应及响应量，未反馈视为放弃参与。市电力负荷管理中心根据反馈信息统计汇总响应量，并决定是否扩大响应范围；响应量确认后，市电力负荷管理中心及时将信息反馈上报至省电力负荷管理中心。

4.响应执行

约定需求响应由电力用户和负荷集成商按照约定时间和容量执行已提前制定的需求响应方案。

实时需求响应电力用户（负荷集成商）的电能管理系统（生产管理系统、自动化系统、控制系统）或控制终端在接收到需求响应平台发出的响应指令后的1分钟内开始执行，在响应时段内完成响应负荷的调控。

约定响应结束时间为到达约定响应时刻，实时响应结束时间为下发允许恢复指令时刻。对于未按约定履行到位，且对电网安全产生严重影响的企业，纳入诚信评价体系，经向省发改委报备后可随时转为有序有电方式执行。

（六）效果评估

1.基线计算方法

约定需求响应选择电力用户在执行日前5个正常用电工作日所对应响应时段的负荷曲线（采集周期为15分钟）作为基线；实时需求响应选择电力用户在需求响应执行前2小时的负荷曲线（采集周期为30秒）作为基线。

负荷集成商的基线，以其集成的全体用户的基线合计得出。基线中出现的最大负荷称为基线最大负荷，根据基线计算出的平均负荷称为基线平均负荷。

其中以提升用电负荷为目标的填谷需求响应，基线一般选取相似日相应低谷时段负荷曲线（采集周期为15分钟）作为基线，具体将在响应邀约中予以明确；

2.评估标准

（1）通过新型电力负荷管理系统实时监测、自动记录并判断需求响应实施效果。省电力公司用电信息采集系统、调度系统、调度一体化电量系统等为核定用户关口负荷响应量和响应时间提供数据支撑。

（2）通过需求响应削减用电负荷时，电力用户（负荷集成商）在需求响应过程中如同时满足①响应时段最大负荷低于基线最大负荷；②响应时段平均负荷低于基线平均负荷，其差值大于等于响应量确认值的60%，则视为有效响应，否则视为无效响应。

（七）需求响应可中断负荷电价

1．对通过需求响应临时性减少（错避峰）的负荷按照其响应调控时间和响应速度执行可中断负荷电价。需求响应可中断负荷电价为调控时长对应电价标准乘以响应速度系数。

2.对通过需求响应临时性增加（填谷）负荷，促进可再生能源电力消纳，执行可再生能源消纳补贴。约定响应谷时段可再生能源消纳补贴为5元/千瓦，平时段补贴为8元/千瓦。

3.当地区电网需求小于申报容量时采用竞价模式，竞价上限不高于需求响应可中断负荷电价和可再生能源消纳补贴电价标准，优先选择申报价格低、响应容量大的用户（负荷集成商）参与响应。

4.尖峰电价增收的资金用于需求响应可中断电价和可再生能源消纳补贴的支出，按照公平、公开、透明原则安排使用。当年尖峰电价增收资金大于需求响应补贴需支出总额时，按照电价标准予以补贴，尖峰电价资金可跨年滚动使用；当年尖峰电价增收资金小于需求响应补贴需支出总额时，按照尖峰电价增收与补贴发放收支平衡原则，对补贴发放按比例折算。

5.负荷集成商视为单个用户参与响应，负荷集成商与电力用户的补贴分享比例由双方市场化协商确定。

6．负荷集成商和电力用户参与需求响应所得激励资金应优先用于电能在线监测系统建设，实现响应点的数据实时采集，并接入国家（省）电力需求侧管理在线监测平台。鼓励电能在线监测系统与工业自动化系统集成对接，促进实时自动需求响应能力建设。

（八）实施系统架构

需求响应的启动、沟通、执行和效果评估等各环节均需要数据和技术平台的支撑，整个响应过程涉及国家（省）电力需求侧管理平台、新型电力负荷管理系统、需求响应平台、负荷集成商电能管理系统以及电力用户电能管理系统（或需求响应系统等）等，其实施系统基本架构如下图：

其中，新型电力负荷管理系统提供用户关口负荷数据的监测，是统计约定响应实际效果的重要依据；国家（省）电力需求侧管理在线监测平台对响应点的实时负荷数据进行监测，是判定实时响应是否有效执行的重要依据。省电力负荷管理中心借助新型电力负荷管理系统，与电力用户（负荷集成商）实时双向互动，实现需求响应过程的组织协调。

四、有关工作流程

（一）组织申报

省发改委会同省电力公司根据电力供需形势编制年度需求响应方案，各设区市发改委、供电公司按照年度方案积极组织电力用户及负荷集成商申报需求响应。

1.自愿参与：原则上每年3月至5月期间，符合申报条件的电力用户（负荷集成商），可通过省电力需求侧管理平台中的需求响应平台进行网上申请，填写需求响应申请单并上传相关资料。电力负荷管理中心可根据电力供需情况在其他时段组织电力用户动态补报。

2、审核评估：各设区市发改委会同供电公司对申报用户进行资格审核和需求响应能力评估确认，负荷集成商由省发展改革委会同省电力公司审核。用户（负荷集成商）必须通过省负荷管理中心对负荷管理装置、能源管理系统以及参与响应设备运行状况的检查。

3.签订协议：省电力需求侧管理平台对通过审核的用户（负荷集成商）予以公示，公示结束后，需求响应平台自动生成用户（负荷集成商）、省（市）发改委、省（市）电力（供电）公司需求响应三方协议，具备三方电子签章，不需线下签订。

若用户委托负荷集成商参与需求响应，应与负荷集成商签订需求响应可中断负荷业务委托协议，确定参与的设备以及负荷量，明确安全责任，并将协议上传至需求响应平台。

（二）响应效果确认

1、核定：需求响应执行的次月，各市发改委、供电公司和负荷集成商根据效果评估标准，结合用户执行实际以及系统监测数据分别对独立用户和集成商子用户实际需求响应负荷容量进行效果核定和统计汇总，并盖章上报省发展改革委、省供电公司。负荷集成商集成响应效果核定由省发展改革委会同省电力公司负责。

2、公示：省电力负荷管理中心将经核定后的用户响应负荷容量予以公示，公示期7个工作日。并通过省电力需求侧管理平台、手机APP、电话等多种方式告知用户（负荷集成商），用户（负荷集成商）对响应评估情况如有疑议可提出申诉，省电力负荷管理中心将对响应结果进行复核，如确有错误，应予以修正并告知相关地市或负荷集成商。

3、归档：省电力负荷管理中心将公示完毕后的用户数据报送省电力公司和省发改委，并将最终结果归档。

（三）激励资金核发

1.测算

需求响应执行次月，省发改委会同省电力公司根据需求响应执行情况和尖峰电价资金增收情况按照当年收支平衡原则确定需求响应激励资金兑付总体方案。省电力公司根据总体方案完成对每个用户和负荷集成商激励资金的测算，并于7个工作日内报送省发改委。

2.结算

省发改委对省电力公司上报的用户（负荷集成商）激励资金金额进行审核确认后，省电力公司于10个工作日内完成相关资金结算和兑现。

3.资金管理

省电力公司、省电力负荷管理中心完成年度资金结算后，应将实施尖峰电价年度增收费用、实施需求响应可中断电价和可再生能源消纳补贴支出费用以及年度总体收支情况报送省发改委。省发改委适时对资金管理情况进行监督检查。

五、保障措施

（一）职责分工

需求响应组织实施工作由省发改委、省电力公司、省（市）电力负荷管理中心、各设区市发改委和供电公司、电力用户和负荷集成商等协同完成。

1.省发改委牵头研究完善需求响应实施细则。省电力负荷管理中心指导各设区市电力负荷管理中心在年度需求侧保供方案中同步完成需求响应方案编制。

2.省发改委、省电力公司负责需求响应整体组织协调，指导设区市发改委和供电公司做好参与需求响应用户的筛选、审核和协议签订工作；对需求响应组织实施不力的各设区市发改委和供电公司，将采取相应的惩罚措施，纳入本单位绩效考核。

3.省（市）电力负荷管理中心负责需求响应具体执行和实施效果评估；

4.用户（负荷集成商）负责制定自身需求响应预案，履约实施响应，对执行不力的用户，各设区市发改委可将其转为有序用电用户，供电公司负责提供技术保障。

（二）系统运行保障

1.省电力公司负责需求响应签约用户（包括负荷集成商聚合的用户）负荷管理装置的运维工作，指导市供电公司确保数据监测的准确性和实时性，及时消除数据异常或通讯不畅等故障。

2.需求响应签约用户应保证其负荷管理装置、电能管理系统正常运行，将用电设备监测数据实时传送至省电力需求侧管理平台和新型电力负荷管理系统。

3.负荷集成商应保证其所属用户的负荷管理装置、电能管理系统正常运行，将用电设备监测数据实时传送至省电力需求侧管理平台和新型电力负荷管理系统。

4.省电力负荷管理中心应保障省电力需求侧管理平台和新型电力负荷管理系统稳定运行，确保与用户（负荷集成商）之间的信息传输正确无误。

（三）监督检查

1.省发改委、各设区市发改委负责对省电力公司、各市供电公司、电力负荷管理中心及负荷集成商在需求响应实施过程中相关工作及成效的监督检查。

2.省电力公司负责组织各市供电公司对参与需求响应用户（包括负荷集成商聚合的用户）的负荷管理装置运行状态的监督检查。

3.电力负荷管理中心负责对参与需求响应用户（包括负荷集成商聚合的用户）的响应点设备和负荷监测装置运行状态的监督检查。

4.省发改委负责对专项资金收支情况的监督检查。

（四）评价机制

省（市）电力负荷管理中心负责对用户（负荷集成商）需求响应执行全过程进行效果评价，省发改委、省电力公司分别将各市发展改革委、供电公司需求响应组织实施成效纳入本单位绩效考核指标体系。

各设区市发改委完善对属地独立用户需求响应效果评价机制和奖惩措施，鼓励在省级需求响应可中断电价的基础上进一步出台激励措施和将用户（负荷集成商）需求响应履约执行情况纳入企业征信。

一 压缩空气原理

压缩空气的基本原理很简单，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、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，原理如下图所示。若需要更近一步解释，你只需锁定储气罐内的空气即可，两个动作，充气时储存能量，膨胀时释放能量。

然而，如果你在此处宣布已经掌握了压空技术，为时过早。要知道，原理不能解决任何问题，需要在原理的基础上舔砖加瓦，优化利用，才能达到合理的应用标准。于是，压空的各种变异横空出世，为了便于理解，我温度、压力、容积等方面着手，一步步深入介绍。

1.1 温度

我先强调一点：温度是一种能量。对于压缩机而言，压缩过程温度越低，耗费电能越少；与之相反，对于膨胀机而言，膨胀起始点温度越高，膨胀过程中得到的有用功越多。所以，降低压缩温度，或者提高膨胀进气温度，是提高系统效率的一种重要而有效的手段。请看下图变异1，在压缩机的出口增加了冷却器，以回收压缩热，在膨胀机（或涡轮机）的入口增加回热器，以提高进气温度。回热器的热量可由冷却器供给，如果必要，涡轮机的出口废弃也可以进一步回收，这取决于废弃的温度品味。该系统叫称为回热式系统。

相较于原理型系统，回热系统储电效率有所增加，然而它的不足在于，冷却器和回热器分开设置，在热量回收过程中存在较大热损失。为解决这一问题，有人提出绝热压缩空气系统，变异2，参照下图。将压缩过程中产生的热量存储起来，然后在发电过程中用这部分热量预热压缩空气，冷却器和回热器合为一体，对外进行绝热处理，业内称作先进绝热压缩空气储能系统（AA-CAES），该系统面临的最大挑战是如何经济、有效地设计和制造出压力工作范围大的压缩机、涡轮机和除热器。

一切比较完美，但还忽略一点，即使100%回收利用，压缩过程中产生的热量不足以使涡轮机持续长时间稳定运行，换句话说，只靠自身的热回收很难保持系统抵抗外部负荷波动。热量不够怎么办？引进额外热源，天然气，将天然气与来自储气罐的高压空气混合燃烧，推进涡轮机旋转发电。请看下图，变异3。对比以上系统，它的可靠性最高，稳定性最强，灵活性最优，所以在德国1978年建造首套压空储能电站时，果断采用这种方案。然而，变异3的引发的问题在于：消耗化石能源，增加温室气体排放。于是在国内做压空系统的高校研究所想方设法消除对外在热源的利用，比如清华大学的卢强院士，推非补燃压空系统。此处必须加句评论，难度都很大，不用补燃，系统复杂程度会提高，可靠性也会有波动，平衡各个功能单元，是一件技术含量很高的工作。

2 压力

谈到这里，如果你站起来宣布掌握了压空技术，我会告诉你又早了。除了温度之外，还有一个参数没有讲，压力！与温度相比，压力的影响更加多元。压缩阶段，压力越高，同等温度下空气密度越大，同等体积的储罐储存的空气量更多，储能密度更高；膨胀阶段，初始入口压力越高，出口压力越低，有用功输出越高。

现在的问题来了，能不能只使用一台压缩机，比如从1个大气压直接压缩到100个atm？膨胀过程从40个atm膨胀到1atm？我可以负责任的告诉你，理论上可以，但如果你真敢这么做，保证系统电-电转换效率会低的让你下不来台！如何解决这一问题？热力学给出的指引是多级压缩，中间冷却，可显著降低压缩过程中的电力消耗；多级膨胀，中间加热，可显著增加膨胀过程中的发电量，综合起来，储电效率必然显著提高。

下图为非补燃多级压缩系统图，可以看出，在每台压缩机后加装热回收器，通过回热系统将热量传递到各级膨胀机的入口处。

当系统采用绝热压缩时，综合多级压缩和多级膨胀，组成的系统如下图所示。

采用燃气补热的系统，多级压缩阶段与非补燃一致，不同的是在各级膨胀机入口加装燃烧室，详见下图。

1.3 容积

压空系统的技术痛点在于气体的密度太低，常压下空气密度为1.25kg/m3，即使在10Mpa高压下密度也只有100kg/m3左右，相比水的1000kg/m3，差了足足十倍，这意味在相同储存质量下，空气的罐子要比水大十倍。要解决大规模空气存储的方法至少有3个，方法一，就地取材，寻找废弃的矿井，进行密封承压方面的改造，然后将空气压入其中，这种方法既经济又可靠，而且储量惊人，比如德国的Huntorf压空电站可储存30万立方的空气，但是，这种方式受制于地形限制，灵活性差，比如我想在南京建一座压空电站，即使金坛的溶洞再优越，我也用不上。方法二，高压储气罐，该方式操作灵活，完全不受地域地形限制，比如中科院在廊坊的示范项目，采用2个直径2.4m，长10m的储罐，每个储存45m3的高压空气，储罐压力10Mpa，储罐设备属于特种设备范畴，无论从制造，安装还是运行，都要经过严格的检查，成本相对较高。方法三，空气液化。为了进一步减小储罐体积，有专家想到了变态，将气体液化，密度将增加上百倍，于是体积减少上百倍，通过设计，使膨胀机出口的空气温度低于78.6K（-196.5℃）时，空气被液化，系统流程见下图，这种系统的特点是体积小，管路复杂，效率低。我在一次讲座上跟东大热能所的肖睿教授聊天时得知，他测算过液化压空储能的理论效率60%，实际效率能打七折就已经很不错了。

1.4 冷热电三联供

在储能领域，压空算是个另类，不能用传统的评价标准衡量它，比如只追求电-电存储效率，压空肯定毫无优势，非补燃机组能达到40%已算很不错了。但它在发电的同时，还能兼顾供冷和供热，俗称冷热电三联供，其实原理没有任何改变，只是将压缩过程产生的热量用于供热，膨胀机出口的低温空气用于制冷，膨胀产生的有用功用于发电，详见下图。冷热电三联供的特点是能源利用效率高，若以热能利用为基础测算，系统效率可达70-85%。

二 系统特点

在储能家族中，压空和抽水蓄能属于一个阵营，即是一种可以大功率，长时运行的物理储能技术，各种技术对比见下图（CAES），技术特点如下：

（1）输出功率大（MW级），持续时间长（数小时）；

（2）单位建设成本低于抽水蓄能，具有较好的经济性；

（3）运行寿命长，可循环上万次，寿命可达40年；

（4）环境友好，零排放。

三 系统结构

一套完整的压空系统五大关键设备组成：由压缩机、储气罐、回热器、膨胀机以及发电机，结构详图如下。

3.1 压缩机

压缩机是一种提升气体压力的设备，见下图。压缩机的种类和压缩方式各不相同，但设计者会更关心它的进出口压力参数，表征为四个参数，一是工作压力区间，二是压缩比，即进出口压力比值，三是进出口温度或绝热效率，四是压缩功率与流量。清华大学卢强院士的500kw压空系统中所用其中一台压缩机参数为：进气压力1atm，25℃，排气压力3.5atm，143℃，压缩比3.5，轴功率76.7kw。

3.2 储气罐

储气罐是高压空气的出厂场所，说白了就是一个岩洞或者一个罐子。这里还是要强调，温度是一种能量，60℃和20℃条件下，空气的能量大不一样，所以有必要对储罐进行保温处理，尽量维持罐内温度一致，减小对流损失。尺寸与耐压等级等制造问题，交给工厂。

3.3 回热器

回热器是热交换器的统称，包括预热器，冷却器，换热器等等，回热器的功能是通过温差传热回收热量，达到节能效果。

3.4 膨胀机

膨胀机的英文名字叫“turbine”，又叫透平，也有叫涡轮机的，它的功能是通过膨胀，将空气的内能转化为动能，推动与之相连的发电机，又将动能转化为电能，见下图。标定膨胀机的参数有进出口压力与温度，膨胀系数等。

3.5 发电机

发电机是一种发电设备，将各种形式的能量转化成电能，此处略过。

四 压空系统应用领域

（1）调峰与调频。大规模压空系统最重要的应用就是调峰和调频，调峰的压空电站分为两类，独立电站以及与电站匹配的压空系统。

（2）可再生能源消纳。压空系统可将间断的可再生能源储存起来，在用电高峰期释放，可显著提高可再生能源的利用率。

（3）分布式能源。大电网和分布式能源系统结合是未来高效、低碳、安全利用能源的必然趋势。由于压空具备冷热电联供的优点，在分布式系统中将会有很好的应用。

五 性能评价指标

为了更清楚表达工作过程的能量传递，我借用了哈佛大学Azziz教授论文中的一张图，见上图。其中W为电功，Q为热量，箭头向内代表进入系统，向外表示系统输出，流程箭头代表空气流向。一目了然，比如压缩机工作消耗的电能来自于电网，膨胀时向电网输出电能，都能直观看到，并且判断：系统用电越小越好，回收的热量越多越好，向外输出的电能越大越好。

在我看来，表征系统性能的参数主要有两个，一个是电能存储效率，另一个是系统能量效率。电能存储效率是电能输出与输入的比值，这对电网运营至关重要；系统能量效率是输出的电能+热能与输入之比，表征整个系统的总效率，这对压空系统至关重要。

六 国内外压空项目

6.1 德国Huntorf

Huntorf是德国1978年投入商业运行的电站，目前仍在运行中，是世界上最大容量的压缩空气储能电站。机组的压缩机功率60MW，释能输出功率为290MW。系统将压缩空气存储在地下600m的废弃矿洞中，矿洞总容积达3.1×105m，压缩空气的压力最高可达10MPa。机组可连续充气8h，连续发电2h。该电站在1979年至1991年期间共启动并网5000多次，平均启动可靠性97.6%。电站采用天然气补燃方案，实际运行效率约为42%，扣除补燃后的实际效率为19%。

6.2 美国McIntosh

美国Alabama州的McIntosh压缩空气储能电站1991年投入商业运行。储能电站压缩机组功率为50MW，发电功率为110MW。储气洞穴在地下450m，总容积为5.6×105m，压缩空气储气压力为7.5MPa。可以实现连续41h空气压缩和26h发电，机组从启动到满负荷约需9min。该电站由Alabama州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。与Huntorf类似的是，仍然采用天然气补燃，实际运行效率约为54%，扣除补燃后的实际效率20%。

6.3 日本上砂川盯

日本于2001年投入运行的上砂川盯压缩空气储能示范项目，位于北海道空知郡，输出功率为2MW，是日本开发400MW机组的工业试验用中间机组。它利用废弃的煤矿坑（约在地下450m处）作为储气洞穴，最大压力为8MPa。

6.4 中国

我国对压缩空气储能系统的研究开发开始比较晚，大多集中在理论和小型实验层面，目前还没有投入商业运行的压缩空气储能电站。中科院工程热物理研究所正在建设1.5MW先进压缩空气储能示范系统，该系统为非补燃方案，理论效率41%，实际运行效率33%。

在建的项目有江苏金坛压缩空气储能电站，利用盐穴储气，占地60.5平方公里，最大容腔体积32万㎡。

七 国内企业和机构

7.1 中科院热物理所

中科院工程热物理所在10MW先进压缩空气储能系统研发与示范方面，已完成10MW先进压缩空气储能系统和关键部件的设计，基本完成宽负荷压缩机、高负荷透平膨胀机、蓄热（冷）换热器等关键部件的委托加工，正在开展关键部件的集成与性能测试；全面展开示范系统的集成建设，于2016年6月完成。

7.2 清华大学电机系

清华大学电极控制理论与数字化研究室，由卢强，梅生伟等带头，该团队主要研究智能微电网，压缩空气储能等，压空方面的主要路线为非补燃型压缩空气储能技术。

7.3 澳能（毕节）

澳能集团有限公司简称澳能工业，成立于2011年，是在与中国科学院工程热物理所合作开发超临界压缩空气储能技术，利用电网负荷低谷期的余电或可再生资源发电不能并网的废电将空气压缩到超临界状态并存储压缩热，利用系统过程存储的冷能将超临界空气冷却液化存储（储能）；在发电过程中，液态空气加压吸热至超临界状态（同时液态空气中的冷能被回收存储），并进一步吸收压缩热后通过涡轮膨胀机驱动发电机发电（释能）。通过系统热能和冷能的存储、回收，实现系统效率的提高。超临界压缩空气储能利用空气的超临界特性，同时解决了传统压缩空气储能依赖大型储气室和化石燃料的两个技术瓶颈。

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