海上可再生能源发电，尤其是，已进入规模化发展时期。据国际可再生能源署（iea）报道，2023年全球海上新增装机7.3gw，累计超过50gw。据中国风能协会（cwea）报道，2023年中国海上风电累计装机达到37.7gw，位居全球第一。由于可再生能源具有波动性、随机性和不可预测性，为了提高供能稳定性，海上储能需求急剧增加，需要发展经济、适用、可靠的海上储能技术。
基于此，中国科学院工程热物理研究所储能研发中心提出了水下恒压压缩空气储能技术，该技术利用水下天然恒压、恒温的环境优势，实现恒压储/释能，具有安全、稳定、高效等特点，是一种非常适用于海上能源保障的大容量储能技术。利用水的静压特性实现空气的恒压储存和恒压释放，能够稳定压缩机和膨胀机工作压力，使其工作在设计点附近，同时避免了节流损失，系统效率较恒容系统提高2-5个百分点，储能密度可达恒容系统3倍及以上。根据压缩空气是否与水直接接触，可分为采用柔性储气装置的闭式恒压压缩空气储能和采用刚性储气装置的开式恒压压缩空气储能。除了在海上应用，还可用于对现有采用地下恒容储气的压缩空气储能电站进行恒压改造，提高运行效率。
图1 恒压压缩空气储能试验平台示意图
为突破水下实验场地和成本限制，提出了基于深水模拟装置的恒压压缩空气储能实验技术，采用高压水和高压气模拟柔性气囊外部深水环境，搭建了兆瓦级恒压压缩空气储能系统实验平台，设计储气压力等效水深约700米。已完成系统性能实验与测试，经具有cnas资质的第三方测试，系统效率达到国际领先水平，较同规模恒容系统高出3.5个百分点。同时，也开展了储能系统与可再生能源耦合调控实验验证，结果显示系统具有很好的负荷跟随性能。该试验台还具备开展真实深水环境下的系统试验、柔性储气装置变形特性试验和疲劳性能试验等功能。
图2 兆瓦级恒压压缩空气储能实验平台
团队相关研究成果已分别在国际期刊applied energy(if=11.2)、journal of energy storage (if=9.4) 发表和国际会议low carbon cities & urban energy systems (cue2024)报告分享。该技术的突破可为海上可再生能源规模发展提供技术支撑，具有很好的发展前景。
