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随着全球能源转型的推进，如何高效、安全地储存可再生能源，已成为电力系统必须面对的重要课题。目前，抽水蓄能是最常见的大规模储能方式，但其对地形和水资源要求较高；而另一种方案——压缩空气储能，正在受到越来越多的关注。近期，苏黎世联邦理工学院团队开展了一项研究，即寻找瑞士适合建设地下压缩空气储能电站的潜在地点。
压缩空气储能的原理与优势
风能与太阳能等新型清洁能源越来越重要。然而，这些能源具有明显的间歇性和不稳定性，如何在供需错配时进行储能，成为了能源转型能否顺利推进的关键。压缩空气储能的基本思路是： 在电力富余时，用电能将空气压缩并储存在地下密闭洞室中；当电力紧缺时，再释放高压空气推动涡轮机发电，从而实现电能的储存。
由于空气在加压时会产生热量，极高的气体温度和剧烈的温度变化可能会对储存压缩空气的密封材料结构造成破坏。目前，技术人员针对这一问题提出了2种解决方式：
1）使用散热系统将加压过程中产生的热量释放到大气中，但在释放压缩空气推动涡轮机发电之前，还需要对其进行加热；
2）通过热能储存元件把加压空气时的热量存储起来，然后利用这些热能对空气进行再加热。
此次该团队的研究重点为第2种方案，这一方案在效率上更优，并在理想状态下实现接近零碳排放。然而，热能储存容器的大尺寸和总体积对整个地下洞室结构的设计和环境提出了更高的要求。
地下洞室的设计要求和选址
高压压缩空气储存洞是整个压缩空气储能厂地下洞室中对地质条件要求最高的结构。在苏黎世联邦理工学院团队的设想中，所需的空气储存容积为177 000 m3，额定压力为10 MPa，对岩体条件和结构安全提出了极高要求。核心工程难题包括：
1）岩体稳定性。高压空气会对岩壁产生巨大的张应力，需要足够厚度的覆盖岩层保证不发生开裂或隆起。
2）衬砌密封系统。洞室加压时衬砌系统会拉伸，衬砌可能因压缩空气储能装置运行期间经历的循环荷载而受损。
3）温度控制。空气压缩过程会显著升温，密封材料需要承受这种变化。
此外，还需要对环境中的岩石在反复加压、卸压循环下的表现进行分析，以得出覆岩厚度和岩体强度的具体要求。
苏黎世联邦理工学院团队利用地理信息系统对瑞士全国进行了多层次筛选，主要考虑以下因素：
1）地质条件。选择质量优良的火成岩或火成变质岩地区。
2）电网接入。距离高压输电线路不超过10 km，以降低并网成本。
3）已有工程经验。靠近既有隧道或水电站区域，便于参考已有地质资料。
4）建设可行性。避开城镇与地质条件不好的地区，优先选择便于施工的区域。
通过这一系列条件的叠加，研究人员确定了包括格林瑟尔在内的多个地区为优选候选区，未来将开展建设。
