压缩空气储能（Compressed-Air Energy Storage, CAES ）是指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、沉降的海底储气罐、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。通俗来说，就是在用电低谷时，将空气压缩储存于储气室中，将电能转化为空气能存储起来；在用电高峰时释放高压空气，带动发电机发电。整个发电过程对大气无污染，是一种绿色环保能源发电项目。
一、压缩空气储能行业产业链分析
压缩空气储能产业链上游包括空气压缩机供应商、透平膨胀机供应商、换热器供应商与盐矿企业，空气压缩机代表企业有开山股份、汉钟精机、鲍斯股份等，透平膨胀机代表企业有陕鼓集团、沈鼓集团、杭州杭氧等，换热器代表企业有兰石重装、巨元瀚洋、阿法拉伐等，盐矿代表企业有中盐化工、雪天盐业、苏盐井神等。产业链中游包括压缩空气储能系统集成商与项目建设方，系统集成商有中储国能、中科储能等，项目建设方有中国电建、中国能建、华能集团等。产业链下游对接发电侧、电网侧、用户侧，代表性参与方有国家电网、国家电投、大唐集团等。
图表：压缩空气储能行业产业链分析
资料来源：中经百汇研究中心
压缩空气储能产业链较长，从设备成本角度分析，空气压缩机、透平膨胀机和换热器是压缩空气储能系统的核心设备，成本占比分别为20%、20%、12%。空气压缩机的国际知名企业如瑞典阿特拉斯、爱尔兰英格索兰、美国加顿丹佛等入局较早，在高端市场占有主导地位，具备强大的自主研发设计能力，中国本土企业如开山股份、东亚机械、陕鼓动力等近年来持续进行技术攻关，与国际一流企业的差距正逐步缩小。透平膨胀机的核心技术长期为国际知名企业垄断，中国本土企业起步较晚，发展较为缓慢，近年来已加大研发力度。换热器企业竞争者众多，行业格局较为分散，产品差异化程度低，市场竞争激烈。盐穴资源对降低产业链成本和提升效率具有重要意义，且中国可利用的盐穴资源较为丰富，盐矿企业有望受益于压缩空气储能市场放量。空气压缩机与透平膨胀机的国产化进程或将成为压缩空气储能产业化的重要制约因素。产业链中游的技术积累与项目建设已实现全球领先。2021年，中国新增新型储能项目在电源侧和电网侧的应用占比分别为41%和35%，但用户侧的盈利模式最为清晰，电源侧和用户侧将成为压缩空气储能的主战场。
二、压缩空气储能产业链上游分析
1、空气压缩机供应商
压缩空气储能产业链上游包括空气压缩机供应商。空气压缩机是气源装置中的主体，也是压缩空气储能的核心设备之一，可将原动机的机械能转换成气体压力能，在压缩空气储能项目中成本占比约20%。空气压缩机分为活塞式、膜片式、螺杆式、滑片式、离心式、轴流式，现阶段工业生产主要采用活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机。活塞式压缩机排气范围广、设备价格低、热效率高，螺杆式压缩机可靠性强、运转平稳、操作简单，离心式压缩机流量大、功率大、排气均匀，而轴流式压缩机相比离心式压缩机更加节能，单位面积的气体通流能力大，在相同加工气体量的前提条件下，径向尺寸小，特别适用于要求大流量的场合。另外，轴流式压缩机还具有结构简单、运行维护方便等优点。陕鼓动力2023年3月在投资者互动平台披露，公司的透平设备可以应用于压缩空气储能领域的压缩储能环节。公司围绕大型压缩空气储能系统压缩机组大型化、高转换效率及高可靠性要求，采用技术国际领先的AV100轴流压缩机产品，完成300MW压缩空气储能系统及压缩机组的技术方案研发。公司轴流压缩机产品应用最先进的叶型，产品效率处于国际领先水平，公司已中标某300MW级压缩空气储能示范项目，并在开展多项技术研发和产品开发。
2、透平膨胀机供应商
压缩空气储能产业链上游包括透平膨胀机供应商。透平膨胀机在压缩空气储能项目中成本占比约20%，按结构可分为轴流式和径流式透平膨胀机，除了大流量、大功率以及高温条件下膨胀机采用轴流式外，绝大多数透平膨胀机采用向心径-轴流式。国际知名膨胀机制造商在优化工艺流程、选用特殊材料、设计实验叶片等关键核心技术方面持续优化升级，代表性企业包括美国GE公司动力系统成员之一Rotoflow、美国德莱赛兰、美国阿特拉斯、德国MAN TURBO、德国西门子以及日本三井造船株式会社等。中国透平膨胀机制造厂商起步较晚，发展相对缓慢，但近年来加大研发力度，取得一定成绩，例如陕鼓集团在与国际企业合作生产的基础上，与西安交通大学等科研院所研究，形成了一定的轴流膨胀机设计生产能力。沈鼓集团也在与中科院合作的基础上，开发自主知识产权的径流式透平膨胀机气动设计软件和轴流式透平膨胀机气动设计软件。杭氧股份是中国最早开始研发和制造透平膨胀机的公司，20世纪80年代引入德国林德公司膨胀机全套设计及制造技术，在此基础上不断改良工艺，年生产能力可达100台套。
3、换热器供应商
压缩空气储能产业链上游包括换热器供应商。换热器在压缩空气储能项目中成本占比约12%，是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料热量传递的节能设备，使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器作为提高能源利用率的主要设备之一，既可以是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等，也可以是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器的市场应用主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域，其中石油、化工行业是换热器最主要的应用领域，约占换热器30%的市场份额，电力和冶金两大行业所需的换热器约占换热器市场16%的份额。由于城市集中供热中心二次热交换器、制冷空调蒸发器冷凝器的大量应用，集中供暖和制冷空调行业约占换热器行业8%的市场份额。船舶行业应用大量的中央冷却器等换热设备，约占换热器行业8%的市场份额。机械行业在汽车、工程机械、农业机械中应用大量的机油冷却器、中冷器等换热器，约占换热器行业8%的市场份额。此外，在食品、医药等领域，换热器的应用规模也较大。
4、盐矿企业
压缩空气储能产业链上游包括盐矿企业，因为盐穴资源对降低电站的建设成本和提升效率作用较为突出。地下盐穴经水溶采盐后，通过造腔等技术控制，形成天然的梨形腔穴，容积大、密封性好、稳定性高，是天然的高压空气储气罐，盐穴压缩空气储能电站的储气库建设成本仅为地面压力容器库的1/10，对降低电站整体建设成本有着显著效用。此外，盐穴压缩空气储能电站的效率较高，在地下800-1,000米左右，其抗压能力约为200个大气压，此时盐穴压缩空气储能电站换电的效率约为62.7%，在同类压缩空气储能电站中效率处于第一位。具备丰富盐矿资源储备的企业有望充分受益于压缩空气储能产业的放量。例如中盐化工拥有柯柯盐湖东部盐矿的采矿权，矿区面积18.8平方公里；雪天盐业拥有五个重要生产企业的采矿权，可采面积共计15.8平方公里，控股子公司索特盐化拥有100万吨/年的井矿盐产能；云图控股拥有北纬30度“盐湖膏都”自主盐矿，井盐储量达2.5亿吨；苏盐井神旗下八个矿区采矿权共计保有资源储备里矿石量121.4亿吨，氯化钠储量70.9亿吨。
三、压缩空气储能产业链中游分析
压缩空气储能产业链中游包括系统集成商与项目建设方。系统集成商包括中储国能、中科储能等，项目建设方包括中国电建、中国能建、华能集团等。从专利申请趋势来看，压缩空气储能一直是近年来新型储能领域的研究热点，2018-2022年每年相关专利申请数量均在300项以上，2021年专利申请数量达611项，2022年达713项，随着压缩空气储能研究热潮的延续，该项技术有望迎来新的变革，在提升系统效率的同时进一步降低成本。中储国能是压缩空气储能领域的开拓者，技术水平全球领先，其技术及研发团队均源自中国科学研究院工程热物理研究所。2020年，中储国能获得中科创星、株洲高科领投的1.6亿元天使轮投资，2021年资本继续加码，由招银国际领投，中科创星追投，联想之星、普华资本、华控基金、南京麒麟等机构跟投，融资金额达1.8亿元。2022年，中储国能获得由华控基金领投的3.2亿元Pre-A+轮融资，本轮融资除中科创星、招银国际、联想之星、普华资本等老股东持续跟投外，参与投资的机构还有高榕资本、三峡能源、翠微集团、中比基金、新鼎资本等。
四、压缩空气储能产业链下游分析
作为能量型储能技术的压缩空气储能技术，具有机组寿命周期内性能不衰减的优势，在电源侧储能、电网侧储能及用户侧储能三类场景中均有广泛应用前景。现行电力系统用户端每日的用电负荷是波动变化的，且峰谷差日趋增大，为了满足要求，当前的发电装机容量与电网容量需要按最大需求建设，发电端根据用电端的实时动态负荷进行匹配。在用电低谷时，发电机组停机或低负荷运行，发电装机容量和电网容量的利用率低，并易引发大面积停电事故，增设压缩空气储能系统可为电力系统提供缓冲。除了解决传统能源的用电负荷波动问题，压缩空气储能可促进可再生能源电力大规模并网，有效解决弃风、弃光问题，提高分布式能源系统供电的可靠性、稳定性，社会效益巨大。在电源侧储能应用场景下，压缩空气储能站以参与调峰调频等辅助服务为主要应用场景。在电网侧储能应用场景下，压缩空气储能电站用途主要包括调峰调频、黑启动、缓解输配电阻塞及延缓输配电设备投资、提高供电可靠性等，发挥保底电网作用。在用户侧储能应用场景下，压缩空气储能站立足于满足用户降低用电成本及提高用电可靠性的需求，具体可用于基于峰谷电价的用电成本管理场景，基于两部制电价的容量费用管理场景，基于提升电能质量及用电可靠性的场景、参与电力辅助服务市场场景。
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