压缩空气储能（CAES）是通过高度压缩的空气来进行能量存储，它是一种成本低、容量大的电力储能技术。不同时段的用电负荷存在很大差距，能达到发电量的30%-40%[[]]，储存便宜的非峰值电力并且在峰值需求时将其卖出，可以产生巨大的经济效益[[]]。目前国外已经建成并运行的压缩空气电站有：德国HUNTORF电站、美国亚拉巴马州Mclntosh电站等；目前国内，由国家电网本、清华大学、中国科学院理化技术研究所、中国电力科学研究院、上海电气集团、河南工业大学等单位联合建立的500KW非补燃式压缩空气储能发电示范项目，已经在安徽省芜湖市高新区建成并开始试运行。该项目与以往的压缩空气储能发电项目的区别在于没有补燃装置，是真正意义上的电换电。该项目采用了多级压缩和多级透平膨胀方式，在多级压缩过程中，入口空气每降低3℃就可能节省1%的压缩能耗。为了降低压缩机能耗，可通过回热系统换热器将高温高压气体冷却，降低下级压缩机进口温度，同时将压缩机产生的热能存在在水箱中。在透平发电时，水箱中热水通过换热器对膨胀机入口气体进行加热，将储存的热能转变为电能，提高整个系统的效率。回热系统在空气压缩过程吸收热能，在透平发电过程中释放热能，是非补燃式压缩空气储能发电系统中的重要组成，是提高发电效率的重要保证。
换热器是回热系统中的关键的设备，换热器的精确控制对提升压缩空气储能发电效率有很大意义。
1 项目介绍及效率分析
1.1 500KW非补燃式压缩空气储能发电示范项目介绍
该研究以国家电网安徽芜湖500KW非补燃式压缩空气储能发电示范项目为工程背景，该项目已于2014年11月进行试运行，该项目系统组成如图1所示:

图1 压缩空气储能发电系统组成
该系统主要组成有：多级压缩机组、储气回热系统和多级透平发电机组[[]]，其中储气回热系统包括预热器、冷却器、高温水箱、常温水箱和储气罐。多级压缩机组主要由五级压缩机组成，第一级压缩机将常温常压的空气压缩成高温高压空气，这部分高温高压空气经过冷却器中的常温水冷却后送入第二级压缩机中继续进行压缩，水温升高后储存在高温水箱中，按同样的方式，上级压缩机将压缩后的空气冷却后送入下级压缩机中。第五级压缩机压缩后的空气经冷却器送入储气罐中；其中第五级压缩过程中产生的热量较少，经冷却器后的水温较低，不进行回收利用，直接排出系统之外。至此，能量就以高温水和高压空气的形式存储了起来。多级透平发电机组主要由三级透平膨胀机、减速机和发电机组成。在进行透平发电时，将储气罐中的高压空气释放出来进入一级透平，同时利用高温水箱的水对高压空气进行加热，形成高温高压空气，推动膨胀机中的叶轮进行发电。一级透平出口气体经过二级预热器加热后进入二级透平推动叶轮，同样，二级透平出口气体经过三级预热器加热后进入三级透平，推动叶轮进而推动发电机发电，发电环节完成。压缩储能环节和透平发电环节不同时运行，在电力过剩时利用电网剩余电力进行储能，电力不足时透平发电，补充电网电力不足，起到了“削峰填谷”的作用[[]]。