在全球能源转型和国家“十四五”能源发展规划及“双碳”战略目标的引领下，我国能源结构持续优化调整，以太阳能、风能为代表的可再生能源的在能源系统中的比重逐年攀升。然而，由于可再生能源的间歇性和波动性，电网的安全稳定运行面临新的挑战，进一步加大了对大规模储能技术的迫切需求。
近年来，我国在压缩空气储能领域取得了显著进展，成为全球领先的创新者。2022年5月，全球首个非补燃式压缩空气储能电站（60MW/300MWh）在江苏金坛成功投运；2024年4月，湖北应城300MW/1500MWh和山东肥城300MW/1800MWh非补燃式压缩空气储能电站先后成功并网发电，标志着我国压缩空气储能技术成功迈入千兆瓦时级别的新阶段。然而，这些压缩空气储能电站均采用盐穴作为压缩空气的储存介质，受限于盐穴地质条件的局限性，该技术的进一步推广和应用可能面临地域选择上的挑战。
我院鲁春辉教授课题组与澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）开展合作研究，将目光转向自然界中广泛存在的含水层，探索其作为压缩空气储能介质的可行性（图1）。研究采用数值模拟方法，重点探讨了渗透率、孔隙度、深度、倾角等含水层特性对关键设计参数（如空气抽/注流量和缓冲气泡质量）以及压缩空气储存的影响。研究结果表明含水层深度和渗透率是决定空气抽/注流量的关键影响因素（图2），而孔隙度和倾角则对所需缓冲气泡的质量有显著影响。这些发现共同为含水层压缩空气储能系统的设计优化和选址提供了科学依据。
图1 含水层压缩空气储能示意图
图2 单口井（井眼开孔长度为6米）在20米厚含水层中的最优抽/注流量随含水层深度和渗透率的分布规律
相关论文已在储能领域国际权威期刊《Journal of Energy Storage》上发表，论文题为《Understanding the influence of aquifer properties on the performance of compressed air energy storage in aquifers: A numerical simulation study》。
论文链接：Yang, X., Czapla, J. P., Clennell, M. B., & Lu, C. (2024). Understanding the influence of aquifer properties on the performance of compressed air energy storage in aquifers: A numerical simulation study. Journal of Energy Storage, 99, 113202.