爱华网压缩空气作为独立能源系统的可行性
可再生能源中的风能、太阳能、海洋能蕴藏量巨大且无穷尽，但有一个共同缺陷是能量密度低并具有间隙性和波动性，所以采集这种能源将其转换为稳定电能的难度较大，技术和经济成本较高，如果再缺乏大规模，低成本储能手段的配合，可再生能源的开发利用会事倍功半。现提出一种方式，将可再生能源先转换为压缩空气能源，再根据需要来转换为动能或电力能源。采用这种方式，现阶段开发利用可再生能源中的很多问题就可迎刃而解。当然有一个前提是：不仅需要压缩空气动力设备在技术上有所突破，更需要人们在压缩空气能源利用的方式上、观念上有所转变，用压缩空气做为可再生能源的转换介质，可以绕开可再生能源转换为稳定电能中很多难以解决的问题，不妨先看看压缩空气有哪些优点：
一：压缩空气能源的优势
1：可再生能源转换为压缩空气容易，采集简单
风能发电是利用空气动能将其转换为电能，由于风的波动性和间歇性，要利用很多技术手段才能让这种“垃圾能源”变为稳定的电能，风电还存在用电低谷时段放空和上网比例受限等问题，所以风能直接发电存在很多致命弱点。
将风能直接转变为压缩空气就不存在上述问题，压缩空气无所谓质量好坏，只有制取量的多少和压力的高低指标。所以采集风力能源没有什么特别要求，只要将空压机缸头与桨叶的转动组合起来就可以陆续的得到压缩空气能源，组合的方式很多，可以用增速方式直接带动空压机缸头，也可以采用如下图方式：
图 1
图2
图1、图2是一种凸轮式利用风能空压机设备示意图，此类设备采集压缩空气容易实现，设备结构也简单。
太阳能是新能源开发利用中的大户，主要有光伏和光热二种形式，利用光伏制取压缩空气非常简单，光伏获取的是直流电，用直流电机驱动空压机制取压缩空气是很容易的，光照强度大电流大，制取压缩空气多，光照小电流小，制取压缩空气小，这种获取压缩空气能源的方式简单方便，没有技术障碍，不需要电池存储和逆变转换等环节。未来太阳能利用的主要方向在太阳热电开发上，美国的内华达太阳能一号工程[1]是利用槽式反射镜采集太阳热能，将合成油加热，通过与熔融盐交换热量，熔融盐再使水汽化推动汽轮机发电，其中的储能手段是利用大量的熔融盐来实现，这种熔融盐储热发电工序增加了设备的复杂性和成本。如果将汽轮机多余的机械能用于压缩空气以平衡发电功率，就可以减少熔融盐储热的工序和相关设备，替补手段仅需增加相应制取压缩空气设备就可以，所以利用富于太阳热能压缩空气平衡发电功率是太阳热能利用中的优选方式，当然还要辅以压缩空气还原动力的设备，这种模式说明了太阳热能制取压缩空气的方便和可行性。小规模的太阳热能利用是在楼顶上安装一个碟式太阳热能采集装置，使水汽化，用高温蒸汽通过空气动力发动机产生动力来制取压缩空气，这种制取压缩空气的方式比获取稳定电能要容易很多。
海洋能中主要有潮汐能、波浪能等，潮汐能是一种低水头的水力发电。利用这种水力制取压缩空气只需将空压机替代发电机就行了。波浪能的特点是上下起伏，由远至近，其浮力和冲击力符合汽缸伸缩制取压缩空气动作要求，用波浪能制取压缩空气就远比发电简单，其方式很多，方式之一如下图：
图 3是起伏波浪抬升重力锤压缩空气的示意图
火电、核电具有“热惯性”[2]，不能停机，在用电低谷时段让汽轮机一部分机械能发电满足负荷要求，一部分机械能制取压缩空气，这只需要将汽轮机动力轴的动力传输到空压机上就可实现。
将风能、太阳能、海洋能直接转换为压缩空气相对于发电要简单，采集能量时匹配容易，这样可再生能源被采集后就不会被浪费掉，相对提高了采集设备的利用率，所以从可再生能源中获取压缩空气能源比获取电力能源具有明显优势。
2：压缩空气储能简单
储能是新能源开发利用的一个重要环节，缺少这个环节新能源的开发和利用将会大打折扣。目前大规模、低成本储能手段是抽水储能，而飞轮储能、电池储能对大规模的电力储能只能是杯水车薪。抽水储能需要特殊的山形地貌条件，且对原生态的地理环境破坏较大，存储1kwh需要1m3水的理论位差是360m，按70%储能效能计算,实际位差要达到512 m，所以抽水储能需要有高水位差和充足的水源等相关条件。
压缩空气储能在上世纪美国和德国就有了成功案例[3]，其方式是利用地下岩洞、废弃矿洞来储存压缩空气，在低谷用电时段将电能转化为压缩空气储存，在高峰用电时段将压缩空气与燃油或燃气混合后燃烧，通过特制汽轮机发电，节约1/3的油气资源，所以利用压缩空气储能并非异想天开，但不借用油气能源仅单一使用压缩空气发电还没有先例，本文涉及到这一问题的解决。
压缩空气储能有三种方式，一种是容积式储能，即利用容器储存压缩空气，这种方式的特点是随着压缩空气的使用，气源压力渐渐降低，其储能量小，压力波动大，一般只是用作小能量临时储能或平衡管道流速及用气点压力。另一种是压气式储能，即上设一个储水池，下设一个密闭压力容器（或密闭岩洞、矿洞）一根水管上下相连，一根气管与下面压力容器相连，把压缩空气压入下面容器中，水被排到上水池，其水位高差决定了压缩空气的压力，使用前后压缩空气的压力基本恒定，如果地下512m深有个密闭空间，用压气式可以获得压力为5.12Mpa的压缩空气（未考虑压缩空气本身密度和高度所抵消的压差），其压缩空气理论储能密度为5.88kwh/m3，实际储能密度应大于4kwh/m3，其储能效果4倍于相同水位差的抽水储能。湖南衡阳有个盐矿[4]，在700米的岩层下，由于几十年的开采地下饱和盐水有近二千万m3，用此空间来存储压缩空气，储气压力为8.2Mpa（饱和盐水比重按1.2t/ m3，未考虑压缩空气本身密度和高度要抵消的压差），压缩空气的理论储能密度为14.3kwh/m3，实际储能密度应在10kwh/ m3以上，在地面建一个1000*2000*12m的盐水池，该盐矿储能可达2亿kwh以上，相当于30个福建同安云顶山抽水储能电站[5]的储能，而占地不会超过一个同安云顶山抽水电站的占地面积。部分地下岩洞、矿洞和废弃的油、气田也是可以利用的压缩空气存能空间。沿海地区可以在海岸线下人工开凿地下空间作为地下密闭容器，上水池是海洋，以这种方式储存压缩空气几乎不占地，所以压气式储能是大规模、低成本实现储能的最佳方式。第三种方式是利用卡皮查低温膨胀液化循环方式将压缩空气冷却至-192℃，在常压下以液态空气的方式储能，其理论储能密度可达到120kwh/m3以上，实际储能密度可以达到80kwh以上，英国Highview储能技术公司[6]正尝试用这种方式来储能发电。
压缩空气储能是最有前景的储能方式，其环保性好于抽水储能，储能规模可以远大于抽水储能，这样形式的储能过程同样只涉及物理性质的变化，所以说压缩空气储能简单、可行的。
3：压缩空气能源与电力能源的转换容易
利用电能转换为压缩空气非常容易且技术成熟，目前最大的离心式空压机功率达到60MW，等熵效能达到85%以上，大功率的离心式空压机提升压力可达10.0Mpa[7]，中、小功率的气缸容积式空压机压力可以达到30Mpa以上，这种转换技术非常成熟并有成型产品，所以用电能转换为压缩空气是没有问题的。将压缩空气转换为动力的设备也较多，如制气行业中使用的中、低压透平膨胀机，功率也超过几十MW，等熵效能也在85%以上，中、小流量的活塞式膨胀机等熵效能达到70%。制气行业中利用膨胀机主要作用是提取冷量，伴随着冷量产生的同时向外输出动力，用这种动力拖动电机发电是行业中回收能量的一种方式，但这类膨胀机一般都是单级做功，无法适应较宽的压力范围和实现多级变容降压做功，其适用范围有限。能够实现多级变容降压做功的设备是空气动力发动机，这种设备开发的主要用途是应用在空气动力汽车上，从目前资料来看，法国的MDI公司[8]走在前面，但仍未取得实质性的突破，估计其空气动力发动机的效能仅为30~40%，功率也不容易做大，所以只有解决了空气动力发动机的高效能、大功率、适用压力范围广、低成本、低噪音等问题，压缩空气在新能源中的巨大作用才会显现。本文涉及的惯性气动马达正是这样一种设备（后面有原理、实验样机视频链接），先预设这个条件成立，所以说压缩空气能源与电能的相互转换容易。
4：压缩空气能源适合做为多媒体能源
压缩空气便于传输，在一定的区域内建立有效的压缩空气网管系统，实现互联互通，这样有一个好处，就是需要用压缩空气时，可以从网管上得到，有富余的能量时，可以制取为压缩空气送入网管，跟互联网可以实现自由下载和上传性息一样，用压缩空气做能量介质也可以方便的实现下载和上传能量，压缩空气储能就相当于网络的数据库或电脑数据硬盘，将压缩空气作为能源多媒体并实现网络化，其巨大作用就会显现出来，比喻说：在有风力资源地区的一个企业，生产用电需要1000kw，在主网管上接一根压缩空气管道到厂区，然后在自己的厂区内按装二台500kw风能空压机来压缩空气发电，风力较弱时，从网管上适量补充压缩空气，风力正常时，空气动力设备拖动电机正常发电，晚上不生产时将多余的压缩空气送入网管，一段时间下来，该企业压缩空气用量可能为零或负数，实际结果是企业生产消耗能源为可再生能源，且电力质量又好。一个小区、一个商业服务企业也可以按这种模式自行供电和为网管提供多余的压缩空气，如：在楼顶上安装太阳光伏设备或太阳热能动力设备或风能空压机制取压缩空气，一部分压缩空气用来发电，一部分用来回馈压缩空气网管系统，天气不好时和晚上即可以取用网管上的压缩空气发电或消费网电，但总体上计算，送上网管的压缩空气能量和从网管及电网上获取的能量基本持平，这样很多单位即是能源的消费者又是能源的生产者。这种模式只有通过压缩空气能源为介质来实现。因此用压缩空气将风能、太阳能、海洋能、电能等有机的结合起来进行配置和使用，是可以实现真正的能源网络智能化。而结合的介质就是压缩空气这种多媒体能源。压缩空气在很多地方还是被直接利用的能源，如自动化生产线、电气一体设备、气动工具、矿区、制气行业等都需要大量的压缩空气，每年制取压缩空气需要消耗全国发电总量的近10%[9]，这一部分电能的节约都是相当可观的，可见压缩空气作为能源多媒体是当之无愧的。
5：压缩空气可以拓展应用范围
在新能源中另一个大项是新能源汽车，目前纯电动汽车、氢能源汽车渐渐成为人们热议的话题，但真正的纯电动汽车可能还有一段很长的路要走，德国的最新纯电动汽车一次跑了600多km[10]，但安全性、和充电时间及成本较高在长时间内仍将是其商业化瓶颈，氢动力汽车的安全性、成本和氢能的获取也将是其未来发展的障碍。而空气动力汽车是新能源汽车中的一匹黑马，法国、澳大利亚、印度等一些国家都在研发空气动力汽车[11]，法国的MDI公司并有产品面世，虽然与纯电动汽车、氢动力汽车相比压缩空气的能量密度低（压缩空气约220kj/kg，液态空气约，360kj/kg），续航里程稍短，但其有二个巨大的优势，一是其环保属性好，压缩空气排出来的是洁净的冷空气，即净化了城市的空气还消除了城市的热岛效应，在空气动力汽车的生产，使用、和废弃处理中产生的污染物也是最小的，这使人们的生活环境品质提高。二是经济性好，压缩空气动力汽车的结构简单，维护方便，压缩空气汽车的动力能源即压缩空气容易获取，这使压缩空气动力汽车无论购买、使用都无需承受高额费用，作为城市代步工具的压缩空气动力汽车将会是最佳选项。
空调效应是压缩空气动力使用的另一个拓展领域，空气被压缩过程中产生热量，压缩空气在膨胀做功过程中吸收热量，利用其这种物理特性，宏观上可以起到调控区域温度的作用。如南方的夏天，把压缩空气大部分散热留在海洋，高空和城市郊外，较低温度的压缩空气送入城市，用于区域性发电和驱动汽车及驱动工厂设备，由于压缩空气大量的使用，其膨胀吸热起到冷空调的作用明显，使环境降温消除了城市的热岛效应。北方的冬天，将区域内或一家一户安装的风能空压机在加压空气时产生的热量引导进入住宅，起到加热水温和取暖的作用。当然这需要相关配套的设施，但这种以空气为介质的制冷或制热作用无疑是有巨大经济价值的。
6：压缩空气能源的利用无需贵金属、稀土材料成本较低
压缩空气利用是传统产业，实现压缩空气能源化、网络化实际上只是将压缩空气应用范围扩大，仅需要开发和增加相应的设备和设施就可以了，可再生能源的采集设备、储能网管设施和压缩空气动力设备基本上是属于在传统产业范畴。无需依靠和等待新技术的突破。空气动力发动机也不像汽车燃油发动机一样要在高温、高强度冲击和要多系统协调工况下工作，所以其结构复杂性、精度要求、工艺要求、制作加工要求均远低于汽车燃油发动机，特别是其材料使用上很少涉及贵金属、稀土材料和化工原料的使用，其知识产权涉及的范围也很小，所以在可再生能源基础上建立的压缩空气能源系统其经济成本相对较低。
二：压缩空气能源体系的架构
现行的可再生能源开发利用是以电力网络为核心的系统架构，其架构如下图：
图 4
图4体现了以电力网络为核心的能源架构体系，所有的能源开发、利用都依附在电力网络上，这种单一的能源结构对可再生能源开发利用极为不适。新的设想是将压缩空气能源做为并行于电力网络的独立能源系统，其关系架构如下图：
图 5
图5与图4不同之处是：去除了核电、煤电、油电，因为这是有限能源，不可再生。将可再生能源中的风能、海洋能直接用于制取压缩空气，这样使风能、海洋能能够存储和高效利用。太阳能、水利能一部用于直接产生电力，富于部分用于制取压缩空气。系统架构中增加了压缩空气储能子系统、压缩空气网络子系统，实现图5电力能源、压缩空气能源的双能源、双网络系统架构的直接好处是减轻了电力网络的负荷，为能源安全提供了双保险，并为可再生能源的开发、存储和利用提供了一条便捷通道。
三：实现压缩空气能源系统的可行性
实现双能源、双网络体系架构，实际上就是在现有电力网络的系统外增加压缩空气能源的采集、存储、配置和使用的系统，这个系统主要包含有三大类设备和设施。
1：压缩空气能源的采集设备：
这类设备包含可再生能源的采集设备和电力、机械力拖动的压缩空气设备。这些设备的作用就是将可再生能源、富余电力能量和富余机械能量全部转换为压缩空气能源，这类设备凭现有机械加工技术、电子、数控技术就可以实现产业化生产。
2：压缩空气网管及储能设施：压缩空气网管类似于城市的自来水网管或天然气网管系统，但这种网管无需接入家庭，只需要接到大的工矿企业、商业服务中心、住宅小区和相应的压缩空气配置点，这些点有二个功能，一是做为压缩空气的使用点，该点可以利用压缩空气发电，为区域内用户或企业提供电力，还可以作为空气动力汽车的供气点对外提供服务，空气动力汽车的使用需要密布的充气点，该压缩空气配置点具有此功能。二是作为可再生能源的采集点，根据周围实际情况安装风能、太阳能的采集设备或电能空压机设备，通过网管吸收该点附近设备制取的压缩空气。当然这种网管比自来水管和天然气管的通气量大很多，但这仅涉及成本问题，不涉及技术问题。一根内径为0.4米，压力为3.6Mpa的通气管，如果压缩空气流动速度为10m/S，该点可以传输1.2万kwh/h以上的能量。在一个城市范围内建立起这样网管系统并通过主网管与压缩空气储能系统相连接，实现多节点的互联互通，为可再生能源的分散采集，就近使用提供了便利。城市与城市之间也可以用大直径的主网管联通，其主要目的是平衡网管压力和实现一定流量的配送，超长距离的压缩空气能源传输因网管阻力大没有意义，长距离的压缩空气能源配送可以借用电力网络及电—气转换来实现。
压缩空气储能主要采用压气式储能和液态空气储能二种方式，压气式储能要求有相应的地质条件，如果地质条件符合要求，就可以实施人工开凿储能空间，按3.6Mpa压力来储能，需要约377米的水位差，在这样的深度位置开凿储能空间成本较高，如果按0.4万元/m3计算，其储能单位成本约为0.15万元/kwh，这是一个可以接受的储能成本[12]。一个城市可以在地下构建储能空间网格，打一个孔下去，地面就能得到压缩空气，省去了地面部分主网管敷设成本，在地下构建一个容积100万m3的储能空间，其造价为40亿元，其储能为270万kwh，经济上与抽水储能成本相当，但这种方式为可再生能源的采集、配置和使用提供了便利条件，优点是显而易见的。我国的大部分大城市分布在沿海或沿海不远地方，这可以在海岸线地下开凿储能空间，地面的水池就是海洋，近海的风能、海洋能、太阳能资源充足，是天然理想的压缩空气采集、储能场所，将其转换为电能或将压缩空气直接输送至城市使用都是可行的。
对于地质条件不好或缺少水资源的内陆地域或城市，如果风力资源、太阳能资源充足，就可以采用在地面存储液态空气的方式储能，这种方式的储能成本较低，在地面下建一个直径50米，深20米的液氮罐，其有效存储能量可以达到300万kwh以上（按80kwh/m3），其单位储能成本不会超过200元/kwh，但该种储能方式的主要缺点是能效利用率较低，根据目前的应用水平估算其效能利用率约为20~30%，这种低效能会导致压缩空气采集设备成本的增加，需要采用水温储能配合，该方式的储能效率才会有进一步的提高。
利用压缩空气实现大规模、低成本储能，通过网管的敷设建成一个可再生能源的采集、储能、配置利用的系统设施，该设施的建立会是一个浩大的工程，需要从国家层面来规划实施，并制定统一的网管和储能的压力标准，由大的能源公司来实施大的项目建设，小的网管、储能设施可以由有需求的企业或个人来开发，各用户与主网管之间建立供求计量节点，形成一个全新的、独立的压缩空气能源体系，从技术角度看，这种网管和储能设施的建设是没有技术障碍的。
3：压缩空气动力设备
这一类的设备主要有透平膨胀机和空气动力发动机，透平膨胀机的主要作用是实现大功率的能量转换，如将高、中压压缩空气转换为中.低压压缩空气或将中压压缩空气膨胀做功降压至低压，透平膨胀适合单极的大功率做功发电，其降压比不能太大，否则其能量浪费较大。空气动力发动机一般为汽缸容积式结构，其使用范围很广，在风能、太阳能和海洋能采集为压缩空气过程中，由于制取压缩空气的压力不宜过高，一般为0.3~0.5Mpa，但压缩空气的输送和存储压力一般要达到中等压力如3.6Mpa，才会具有经济性，这就需要空气动力发动机利用低压压缩空气做功来使另一部分低压压缩空气增压。空气动力汽车使用的储气压力高达30Mpa，也需要空气动力发动机工作使中、低压压缩空气增至高压。空气动力汽车上的发动机做功机理是实现高压压缩空气的逐级变容降压做功和级间吸热方式，这也涉及到空气动力发动机的使用。中、小规模利用压缩空气发电也需要空气动力发动机，所以空气动力发动机是实现压缩空气能量转换必不可少的动力设备。其基本要求是：中、小功率、高效能、适用压力宽、低噪音、低成本，要同时满足这些基本要求的空气动力发动机才能够担当起在新能源中的作用，从已有的资料来看，很多国家的大学课题组和一些新能源企业都在开展了这一课题的研究，目前仍没有获得突破，现最有可能的填补这一空白的是惯性气动马达，因为惯性气动马达符合上述基本特征。
四：惯性气动马达的结构与原理
惯性气动马达是一种利用压缩空气产生动力的气动设备，由于其结构特点，使该设备具有高效能、大功率、低噪音、适用压力范围宽和低成本特点。
1：惯性气动马达结构：
该惯性气动马达采用循环汽缸和逆止器机构及惯性系统，结构如下图：
图6
图
图6是惯性气动马达的结构示意图，结构特点是：将循环工作汽缸、热交换器、气罐等都设置在可以转动的支架上与主传动轮一起转动，压缩气体通过中轴和气体活接头传输到支架上供汽缸使用，汽缸产生的动力与主传动轮的切线方向基本一致，这样由压缩空气产生的动力能高效的通过主传动轮输出，还由于使用了循环汽缸，使汽缸工作后排出的尾气压力接近于背压，减少了因尾气排放压力过高造成的能量损耗，该惯性气动马达试验样机的视频链接如下：
http://blog.sina.com.cn/s/blog_6b637bc60100o2ci.html
2：惯性气动马达的基本性能：惯性气动马达主要有以下几个特点：
（1）高效能：从惯性气动马达的结构示意图中，可以看出，由于汽缸做功的作用力在主传动轮的切向附近，压缩空气的体积功及膨胀功转换为有效切向力矩达97%以上，还由于尾气排放压力低能量损失小（约1%左右）而提高了能量利用率，再加上设置了中间气罐和热交换器并使气缸工作在中、低转速范围内，有效的减少了气道阻力和阀门节流阻力，所以设备的高效能是显而易见的，考虑漏气、气缸残余容积、机械摩擦等能量损失在内，设备的综合效能可达到80%甚至更高。
（2）大功率：从结构示意图可以看到气缸为独立式气缸，如果将汽缸直径增加一倍，做功就能增加四倍，活塞行程增加做功按比例增加，图示支架上分布有二只汽缸，实际汽缸数可以为≥2，这种均匀分布的汽缸为一汽缸组，在轴向上可安装≥1个汽缸组，功率又可以成倍增加，由于支架和汽缸组的设计、制造、安装非常简便，该惯性气动马达的功率是可以很方便的做到MW级功率甚至更大。
（3）低噪音：空气动力发动机中的噪音主要来源于尾气排放噪音，由于循环汽缸排气压力是由气门弹簧决定，通过调节该弹簧可以将尾气排放压力设置的较低，尾气排放压力低，由尾气排放产生噪音就小，这使得设备整体的噪音大幅降低。
（4）压力使用范围宽，该设备由于使用的是汽缸容积结构，汽缸的功率输出是由进气量的多少和工作频率决定，如果进气压力有变化，就可以通过调整进气量和工作频率来平衡整机的输出功率。惯性气动马达有二个进气口，设置一个为中、高进气口，一个设置为低压进气口，让一些汽缸组中的一部分工作在高、中压段，一些气缸组工作在低压段，由于设备存在中间级气罐和中间级的热交换器，高压气体变容降压做功为中压气体或中压气体变容降压做功后为低压气体，这种不同压力的汽缸组即可同时协调工作，又可单组工作，这种工作模式能适用较宽的压力范围。
（5）低成本：惯性气动马达没有曲轴、连杆和壳体，功率容易放大，汽缸组可以方便的集成，结构简约，所以不存在高精度加工和复杂的工艺线路，也不存在特殊的材料要求，因此其造价要低于一般的燃油动力发动机的成本。
惯性气动马达与一般的动力发动机在结构上完全不同，使其有特别的功能和作用，能够适用压缩空气能源利用中的各种情况，不足之处是体型较大，如在空气动力汽车上使用会占用较大空间，但不会失去其使用价值。
五：压缩空气的效能问题
压缩空气被视为是一种能效利用率很低的二次能源，习惯思维中：煤炭发电能效36%—电力传输损失5%—电能转换为机械能损失5%—压缩空气等熵效能85%—压缩空气（压缩比为5）冷却后内能损失33%—空气动力发动机效能30%，最终使用效能仅为5.6%。如果利用风电、太阳能发电来来制取压缩空气能源，仍按获取电能的路径走，风能发电85%—电力传输损失5%—电能转换为机械能损失5%—压缩空气等熵效能85%—压缩空气冷却内能损失33%—空气动力发动机效能30%—机械能转换为电能95%，最终能效利用率约为12.5%，这样低的可再生能源利用率没有经济价值。但如果利用可再生能源直接制取压缩空气效果会好的多，如：风能制取压缩空气等熵效能85%—管道传输损失5%—压缩空气冷却内能损失33%—空气动力发动机效能80%—转换电能5%—电力传输损失5%，这种方式的能效利用率为39%，当然这里包含了空气动力发动机按80%效能计算这个因素，空气动力发动机（惯性气动马达）是可再生能源开发利用的关键一环，下面再从数据分析面来看看其效能。
利用可再生能源采集压缩空气时，压力值不宜太高，太高会使设备制造难度增加和能耗损失增大，取值宜为0.3~0.5Mpa，如果将空气视为理想气体，根据空气热力学知识知道，空气压缩过程实际为绝热等熵过程，在与外界没有热交换的情况下，外力做功转化为空气的内能增加，使压缩空气的温度升高，其消耗外功W1为该空气温度升高值与空气的等压比热CP乘积，以M=1kg的空气压缩至P1=0.5Mpa(绝压)为例，其温度升高至T1。
T1=T0[ (p1/p0)^(k-1/k)]/λ+T0=494.5K（1）
W1=(T1-T0) CP=208.4kj(2)
公式（1）（2）中：T0=293K为环境温度， p1/p0=5为增压比，k=1.4为空气绝热压缩过程指数，λ=0.85为空气压缩过程等熵值，CP=1.034为等压比热。
如果直接利用该M=1kg、体积为V1、温度为T1的压缩空气做功得到做功为w1：
V1= MVKT1/m TP1=0.263m3（3）
w1=P1V1+P1V1/(n-1)[1—(p0/p1)^(n-1/n)]*λ=150kJ[13]（4）
公式（3）中： m=29为空气平均分子量，VK =22.4L/mol为1mol空气在T=273K时的体积，公式（4）中n=1.7为空气绝热膨胀过程指数（取n=1.7是为了使空气压缩、膨胀循环过程中熵值相等）。
能效利用率： η=W1/w1=72.4%
这里还要考虑排气压力损失，如果排气压力设定为1.05Mpa，效能还会低1%左右。
从上面的数据看出，如果空气压缩后在未散热的情况下直接做功其能效利用率较高为72.4%，如果压缩空气冷却至环境温度，其体积缩小约1/3，做功也相应减少1/3，即压缩空气冷却后由此产生的能效利用率约为48.3%。
压缩空气密度越高单位体积储能越多，所以由可再生能源制取的压缩空气是需要进一步加压存储，如果存储的压力为3.6Mpa，就需要消耗一部分低压压缩空气为另一部分低压压缩空气继续加压至3.6Mpa，正常情况需要按2级2.68压比加压，这二级的增压功耗损失是较小的，一是可以利用未散热的压缩空气做功，二是可以采用中间级降温处理来提高压缩能效，使压缩空气过程中能量损失减少。对于如何提高压缩空气做功效能当然还有些手段和方法，如在压缩空气进入气缸的同时喷入雾化水进去，使压缩空气在汽缸内接近等温膨胀做功以提高能效，因此压缩空气的制取、储能和利用得当，其总体效能利用率会维持在40~80%之间[14]。
液态空气储能的效能较低，现制气行业用电制取液氮或液氧的平均能耗是0.7kwh/kg,液态空气是液氧和液氮的前期产品，能耗约为0.6kwh/kg，如果以压缩空气为“半成品”来制取液态空气，其工艺简单，总体能耗应该小于0.4kwh/kg，即能耗取1260kj/kg，而1kg的液态空气汽化有效做功约为320kj，能效为28.6%，这种能效利用率也是可以接受的，但需要投入更多的压缩空气采集设备才能保持一定的需求，好在储能成本较低，如果用这种方式储能发电总体经济成本会要高一些，但以液态空气作为液氮动力汽车能源使用，其利用价值就会大大提升，而效能的提高需要进一步优化液态空气的制取设备和做功设备。
压缩空气能源的转换效能利用率虽然不高，但做为可再生能源取之不尽的特点使之成为次要问题。
新能源是一个涉及范围广、技术面宽、与人们生活、经济发展关系密切相关的领域，建立压缩空气能源网络不算是全新概念，很多从事相关研究的人对此都有较深的认识，为之献计献策的人很多，本文也算是其中之一吧。
地球正逼近不可逆转的升温过程，气候灾难在世界各地频繁的发生，可再生能源的大规模开发利用是必由之路，建立压缩空气能源系统是可再生能源开发利用最佳的、便捷的、可行的选项，这种方法能够使能源匮乏问题、气候升温问题、空气污染问题以较低的经济成本得到一定程度解决。
望有识之士能提出问题，以便共同讨论。电邮: wangrxang@126.com
[1] 伟大工程巡礼.太阳引擎 http://www.tudou.com/programs/view/2j7dlM1FJro
[2] 何祚庥：大力发展风能提水储能发电 http://www.escn.com.cn/2010/0901/78.html
[3] 美科学家欲用压缩空气储能缓解能源短缺http://www.escn.com.cn/2010/0911/148.html
[4] 衡阳盆地盐矿物探总结报告
http://www.ngac.cn/AdvanceSearch/Search_Detail.aspx?tableName=CGML&pkiib=33299
[5]云顶山60亿建抽水蓄能电站年发电量23.45亿千瓦时http://www.escn.com.cn/2011/0911/48278.html
[6]Highview：液态空气储能先行者http://www.escn.com.cn/2011/0913/48400.html
[7] 制氧技术： 冶金工业出版社2009http://baike.baidu.com/view/255646.htm
[8] 零污染发动机 以空气为动力解决充气难题 http://car.jznews.com.cn/system/2011/04/08/010144263.shtml
[9] 基于系统性能分析的压缩空气系统变频技术研究和应用
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZXXD200911014.htm
[10] 德国奥迪电动轿车不间断行驶600公里
http://www.tianjinwe.com/rollnews/201010/t20101027_2276865.html
[11] 各种气动汽车的数据 http://www.tech-domain.com/thread-22375-1-1.html
[12] 中国储能产业遇瓶颈 http://www.21ic.com/news/power/201111/98779_2.htm
[13] 气动汽车动力系统效能分析http://www.doc88.com/p-89454132098.html
[14] 压缩空气的能量http://wenku.baidu.com/view/6c4ca47931b765ce05081458.html
