为了保护环境,世界各地的能源系统必须进行根本性的变革。发电脱碳是能源转型的基石,在发展风能和太阳能等可再生能源以取代化石燃料发电方面已经取得了重大进展。人们普遍认为可再生能源的增长需要加快,但这将带来新的挑战。由于风能和太阳能依赖于天气条件,它们是间歇性的,不像传统发电厂那样提供恒定的基载电力。这引发了人们的担忧,即随着可再生能源比例的增加,电网可能会变得不可靠,随之而来的是电价上涨。然而,值得注意的是,在许多国家,风能和太阳能现在是最便宜的电力来源。欧洲电价最近飙升,这在一定程度上是由于化石燃料成本上升,这凸显了这种竞争力。这增加了可再生能源的竞争优势。
预计要实现这一雄心勃勃的目标,需要增加风能和太阳能的发电能力及其在能源结构中的比重。国际可再生能源机构 (IRENA) 发布的分析报告估计,到 2050 年,全球 80% 以上的电力供应可能来自可再生能源,其中太阳能光伏和风能将占总发电量的 52%。随着这些间歇性发电来源逐渐取代基载化石燃料电厂(为电网运营商提供灵活性和稳定性),电池的重要性日益增加。大规模电池存储和电表后解决方案(包括电动汽车)对于实现这一变化都至关重要,它们提供的服务对于减少因间歇性能源增加而产生的供需不平衡至关重要。研究表明,未来十年全球能源存储容量预计将以 31% 的复合年增长率增长,到 2030 年累计容量将达到 741 GWh。
CAES 有一些地理限制,但潜在的位置遍布世界各地。它有两种版本:绝热(传统)和绝热(如 Storelectric)。将空气压缩到典型的 70 bar(~30 倍汽车轮胎压力)会使其加热 ~605oC,但必须将空气储存在接近环境温度的温度下,因为它储存在地下盐穴中(没有其他足够大或足够便宜的盐穴;尽管未来会有其他地质条件可用),而地质条件需要它。将其膨胀以再生电能会将其冷却到 -150oC 以下。传统的 CAES 通过燃烧气体将热量放回:效率低下(往返 42-50%)且污染严重(排放量为同等大小的 CCGT 的 50-70%)。绝热 CAES 提取压缩热,单独储存并在膨胀期间将其放回,从而将效率提高到 60-70% 并消除排放;混合技术是可能的。