基于数字化移交的压缩空气储能电站数字孪生应用研究
摘要
压缩空气储能作为新型电力系统建设的关键支撑技术，正从示范验证迈向规模化发展阶段。然而，电站建设与运维环节之间的数据断层问题，制约着工程全生命周期价值的充分释放。本文以湖北应城300MW压缩空气储能电站为典型案例，系统探讨了基于数字化移交的数字孪生技术在压缩空气储能电站建设与运维中的应用路径。研究指出，数字化移交通过三维设计与信息化手段，将电站从设计、施工到竣工的全量工程数据以结构化、标准化的方式交付至运维阶段，为数字孪生体的构建奠定了数据基础。在此基础上，本文构建了涵盖基建期协同管控、运行期智能运维和可视化培训三大应用场景的数字孪生技术框架，分析了各场景下的关键技术实现与功能价值。研究表明，基于数字化移交的数字孪生应用可有效打通压缩空气储能电站全生命周期的数据链路，实现建设与运维的无缝衔接，为新型储能电站的智慧化运营提供可复用的技术范式。相关探索体现了
企业科技与发展在能源数字化领域的创新实践，也为同类工程的
科技资讯积累提供了参考。
关键词：压缩空气储能；数字化移交；数字孪生；全生命周期管理；智慧电站
一、引言
压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage, CAES）凭借其大功率、长时储能、高安全性、选址灵活等突出优势，被公认为目前唯一能够与抽水蓄能相媲美的大规模长时储能技术。近年来，我国压缩空气储能电站建设进入快车道。湖北应城300MW项目作为全球首台（套）300MW级压缩空气储能示范工程已建成投运；甘肃酒泉300MW示范工程完成透平机组扣缸；云南昆明安宁350MW项目于2025年10月正式开工；黑龙江宝清350MW/1750MWh项目采用人工硐室储气库技术。压缩空气储能产业正从“从0到1”的示范验证迈向“从1到N”的规模化发展新阶段。
然而，随着电站规模扩大和技术复杂度提升，一个日益突出的问题浮出水面：电站建设阶段产生的大量工程数据——从地质勘探数据、三维设计模型到设备参数、施工记录——在项目竣工移交后往往散落在各参与方的系统中，未能有效传递至运维阶段。这种“建设归建设、运维归运维”的数据断层，使得运维团队难以全面掌握电站的“数字资产”，智能化运维缺乏充分的数据支撑。
数字化移交正是破解这一困局的关键手段。通过将电站全生命周期的工程数据进行结构化、标准化整合与交付，数字化移交能够在物理电站竣工的同时，交付一个与之对应的“数字电站”。而数字孪生技术则进一步将这一静态的“数字电站”激活为动态映射、智能分析的虚拟镜像。两者的深度融合，为压缩空气储能电站从建设到运营的平滑过渡和全生命周期价值挖掘提供了新的技术路径。
本文以湖北应城300MW压缩空气储能电站为研究对象，系统探讨基于数字化移交的数字孪生应用框架与关键技术，以期为新型储能电站的智慧化建设与运营提供理论参考与实践借鉴。
二、数字化移交：数字孪生的数据基石
2.1 数字化移交的内涵与价值
数字化移交，是指将工程项目从设计、采购、施工到竣工调试全过程中产生的各类工程数据，按照统一的标准和格式，系统化地交付给运维方的过程。与传统以纸质图纸和离散文档为主的“物理交付”不同，数字化移交交付的是一个结构化的、可查询的、可扩展的“数字资产包”。
对于压缩空气储能电站而言，数字化移交的价值尤为突出。压缩空气储能电站涉及地下储气库（盐穴或人工硐室）、压缩机、膨胀机、换热器、储热系统等多类异质设备与设施，工程数据来源广、格式多、关联复杂。如果没有系统化的数字化移交，运维阶段将面临“有设备无数据、有图纸无关联”的窘境，数字孪生技术的落地更是无从谈起。
2.2 标准体系与政策驱动
数字化移交的规范化实施，离不开标准体系的引导与约束。2026年，由中国能建牵头、联合中核集团、国家电投、哈电集团、中国电建、中广核、上海电气等行业龙头共同编制的国家标准《发电工程数据移交》（GB/T 32575-2026）正式发布，将于2026年11月1日起实施。该标准全文259页，搭建起覆盖火电、水电、核电、风电、光伏、光热等发电工程类型、贯穿工程全生命周期的数据移交规范体系。
该标准明确了发电工程数据移交的四大核心阶段——移交策略制定、移交需求确定、移交方案制定、移交方案实施——并对数据组织、信息颗粒度、数据格式、移交责任等核心环节做出明确规定。标准与GB/T 18975.2《工业自动化系统与集成 第2部分：数据模型》、GB/T 50549-2020《电厂标识系统编码标准》等现行标准深度对齐，统一了移交数据的分类编码规则。这为压缩空气储能电站的数字化移交提供了直接的规范依据。
在政策层面，2025年10月，第十三届全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢在调研湖北应城压缩空气储能项目时强调，要“加快构建'数字孪生'系统，通过数字模拟与工程实践的深度联动，精准还原地上设备、地下储气库运行实况，精准预测安全风险、材料损耗、现货交易等关键要素，把数字化技术转化为工程科学支撑”。这一要求从顶层政策层面明确了压缩空气储能电站数字化与数字孪生的发展方向。
2.3 压缩空气储能电站数字化移交的关键内容
压缩空气储能电站的数字化移交，在内容上具有区别于常规发电工程的显著特点。
地下储气库数据是首要的移交内容。无论是盐穴储气库还是人工硐室，其地质结构、腔体形态、密封性能等数据直接关系电站的运行安全与效率。数字化移交需要将地质勘探报告、三维地震勘测数据、声呐测腔数据、腔体带压监测数据等整合为结构化的地下空间信息模型。
核心设备数据涵盖压缩机、膨胀机、换热器、储热罐等关键电力系统装备的全参数信息——从设计参数、制造厂商资料到安装记录、调试报告，均应实现数字化交付。控制系统与逻辑数据则包括DCS/PLC的控制逻辑、保护定值、联锁条件等，这些是后续数字孪生模型进行动态仿真与优化控制的基础输入。
三、数字孪生应用的技术框架
3.1 “数据-模型-应用”三层架构
基于数字化移交的压缩空气储能电站数字孪生应用，可构建“数据层-模型层-应用层”三层技术架构。
数据层是数字孪生的“血液”。通过数字化移交获取的设计模型、设备参数、施工记录等静态数据，与运行阶段通过传感器实时采集的温度、压力、流量、振动等动态数据相融合，构成数字孪生的数据底座。
模型层是数字孪生的“骨架”。基于建筑信息模型（BIM）建立电站的三维几何模型，基于热力学、流体力学等机理建立压缩空气储能系统的物理模型，基于运行数据建立数据驱动模型。三种模型相互校验、互为补充，共同构成多物理场耦合的数字孪生模型。
应用层是数字孪生的“大脑”，将模型能力转化为具体的业务价值，覆盖基建管控、运行优化、智能运维、可视化培训等多个场景。
3.2 基建阶段：从设计到施工的数字化管控
在基建阶段，数字孪生技术主要发挥“虚拟建造”与“协同管控”的功能。通过将施工进度计划与三维模型动态绑定，结合无人机定期航拍测绘，可实现施工进度的可视化与精细化管理。湖北应城项目通过三维设计、信息化技术实现电站的数字化移交，并在基建阶段展开了深入研究。
具体而言，基于数字化移交的BIM模型可在施工前进行碰撞检测与施工模拟，提前发现设计冲突与施工难点；施工过程中，通过将实际施工进度与计划进度在三维模型上对比展示，实现“进度-模型-现场”的三位一体管控。宝清350MW压缩空气储能项目在基建期即部署智能巡检、三维安防与数字孪生平台，体现了“建设期即考虑运营期”的数字化理念。
3.3 运行阶段：实时映射与智能运维
电站投运后，数字孪生技术的核心价值在于实现物理电站与虚拟模型的实时双向映射与智能分析。
实时状态监测是基础功能。通过部署在压缩机、膨胀机、储气库、换热器等关键部位的传感器网络，系统实时采集运行数据并同步至数字孪生模型。在三维数字孪生场景中，运维人员可以直观地查看各设备的实时工况、温度分布、压力变化等信息。
故障预测与健康管理是核心价值。基于数字孪生模型的CAES系统实时优化平台，通过故障注入与模拟仿真功能提前预判设备及电网运行风险，快速响应电网需求，将核心业务中断时间缩短至分钟级。针对压缩空气储能系统核心设备的运行监测与故障预警，有研究从核心设备与运行特性分析、数字孪生模型构建、设备监测系统设计和故障预测方法四个层面进行了系统探究。
运行优化是高级应用。数字孪生模型可在虚拟环境中模拟不同运行策略的效果——如改变储能时长、调整释能功率、优化换热流程等——在不影响实际运行的前提下寻找最优方案。应城项目通过数字化展厅详细展示运行管理情况，其BIM孪生电站智慧管理平台实现了地上地下一体化的“图-模-属-档”集中管理，建管资料信息共享率达90%。
3.4 可视化培训与应急演练
压缩空气储能电站的工艺流程复杂、设备众多，对运行人员的专业能力提出了很高要求。基于数字孪生的可视化培训系统，为人员培训提供了全新的手段。
在数字孪生场景中，学员可以在虚拟的三维电站环境中进行设备认知、流程学习、操作训练，无需担心误操作对实际设备造成影响。更重要的是，数字孪生系统可以模拟各种故障场景与极端工况——如储气库泄漏、压缩机喘振、换热器结垢等——让学员在安全的环境中积累应急处置经验。这种“虚实结合”的培训模式，大幅降低了培训成本，提高了培训效果。
四、工程实践与成效分析
4.1 湖北应城300MW项目的数字化实践
湖北应城300MW压缩空气储能电站是全球首台（套）300MW级压缩空气储能示范工程。该项目在建设过程中全面采用了基于数字化移交的数字孪生技术路径。
在设计阶段，项目团队通过三维设计建立了全站的高精度BIM模型，涵盖地上主厂房、储换热设备区以及地下储气库注采井区等核心区域。在施工阶段，基于BIM模型的协同管理平台实现了设计变更、物资采购、施工进度的统一管控。在竣工阶段，项目完成了从设计模型、设备参数到施工记录的全量数据数字化移交，为运维阶段的数字孪生应用奠定了数据基础。
投运后，项目依托数字化移交成果构建了数字孪生管控平台。该平台实现了对压缩机、膨胀机、储热系统等核心设备运行状态的实时监测与可视化展示。2025年10月，万钢在调研该项目时，对项目的重大战略性、创新性、引领性给予高度肯定，指出“应城项目的工程实践，正是科技强国的生动注脚”。
4.2 行业推广与示范效应
应城项目的成功实践为行业树立了标杆。在此基础上，多个新建压缩空气储能项目已将数字化移交与数字孪生纳入建设标准。黑龙江宝清350MW/1750MWh项目采用“三步走”智慧化实施策略，基建期即部署智能巡检、三维安防与数字孪生平台。甘肃酒泉300MW示范工程同样在建设过程中引入全过程数字化应用。
从更宏观的视角看，数字化移交与数字孪生的融合应用正在成为压缩空气储能电站建设的新标准。行业专家指出，“十五五”期间压缩空气储能项目的数字化移交将从“物理交付”走向“数字孪生交付”，成为建设转运营的关键环节。这一趋势不仅体现在压缩空气储能领域，也是整个电力行业数字化转型的缩影。
4.3 效益分析
基于数字化移交的数字孪生应用，其效益可从多个维度加以评估。
建设维度：数字化移交确保了工程数据的完整性与可追溯性。通过BIM协同管理，设计变更的响应时间大幅缩短，施工冲突的提前发现避免了返工损失。建管资料信息共享率可达90%。
运维维度：数字孪生技术将核心业务中断时间缩短至分钟级。实时监测与故障预测能力使设备非计划停机次数显著减少，延长了核心设备的使用寿命。基于数字孪生的运行优化算法可提升系统电-电转换效率。
管理维度：数字化移交打破了建设与运维之间的数据壁垒，使全生命周期管理从理念走向实践。可视化培训系统降低了人员培训成本，提高了运行团队的专业能力。据行业统计，基于数字孪生的智慧化运维可使电站年运维成本下降15%~25%。
五、挑战与展望
5.1 当前面临的主要挑战
尽管基于数字化移交的数字孪生应用已在压缩空气储能电站中展现出显著价值，但其规模化推广仍面临若干挑战。
标准适配性不足。虽然《发电工程数据移交》（GB/T 32575-2026）已发布实施，但该标准主要面向火电、水电、核电等传统发电工程类型。压缩空气储能作为新型储能电站，其地下储气库、多级压缩与膨胀等特有系统的数据移交标准仍需进一步细化。
数据质量与完整性。数字化移交的效果高度依赖建设阶段的数据采集质量。如果设计变更未能及时更新至BIM模型、设备调试记录不够完整，将直接影响数字孪生模型的可信度。
跨系统数据集成。压缩空气储能电站涉及地质、机械、热工、控制等多个专业领域，数据格式多样、系统异构。如何实现多源数据的自动融合与语义互操作，仍是技术难点。
5.2 未来发展趋势
展望未来，压缩空气储能电站的数字化移交与数字孪生应用将呈现以下趋势：
标准体系持续完善。随着压缩空气储能电站规模化发展，针对该领域的专项数字化移交标准将逐步建立，涵盖选址勘探、关键设备、注采运行、封井退役等全链条。
人工智能深度赋能。基于LSTM-Transformer等深度学习架构的时序建模模块将被集成至数字孪生模型，使故障预测从“规则驱动”走向“数据驱动”，预测精度与泛化能力显著提升。
全生命周期数字主线贯通。从设计、建造到运营、退役，电站的每一个关键节点都将产生可追溯、可关联的数字化记录，形成覆盖全生命周期的“数字主线”。正如万钢所强调的，要“推动工程创新向服务创新转变，提高压气储能电站全生命周期服务能力”。
六、结论
本文以湖北应城300MW压缩空气储能电站为典型案例，系统研究了基于数字化移交的数字孪生应用路径。研究表明：
第一，数字化移交是数字孪生应用的数据基石。通过将设计、施工到竣工的全量工程数据进行结构化、标准化交付，数字化移交为数字孪生体提供了完整、可靠的数据输入。《发电工程数据移交》（GB/T 32575-2026）国家标准的发布实施，为这一过程提供了权威的规范依据。
第二，数字孪生技术在压缩空气储能电站的基建管控、运行优化、智能运维和可视化培训等场景中具有广泛的应用价值。从施工进度的4D模拟到核心设备的实时监测与故障预测，从运行策略的虚拟验证到应急工况的模拟演练，数字孪生正在将“经验驱动的运维”升级为“数据驱动的智控”。
第三，工程实践已经初步验证了这一技术路径的可行性。应城项目通过数字化移交与数字孪生的融合应用，实现了地上地下一体化的“图-模-属-档”集中管理，建管资料信息共享率达90%，为后续项目的数字化建设提供了可复用的范式。
当前，压缩空气储能产业正处在从示范验证到规模化发展的关键转折期。企业科技与发展应当抓住这一窗口期，加快推进数字化移交与数字孪生的标准化、体系化建设。正如行业科技资讯所广泛关注的，数字化技术正在深刻重塑储能电站的建设与运营模式。未来，随着标准体系的完善、人工智能技术的深度融入以及全生命周期数字主线的贯通，基于数字化移交的数字孪生应用将成为压缩空气储能电站的“标配”，为新型电力系统的安全、高效、智慧运行提供坚实的技术支撑。
参考文献
[1] 刘文杰, 陈丽雅, 董晨. 基于数字化移交的压缩空气储能电站数字孪生应用研究[J]. 石河子科技, 2026, 0(3): 30-32.
[2] 中国能建牵头主编. 发电工程数据移交: GB/T 32575-2026[S]. 北京: 中国标准出版社, 2026.
[3] 万钢来孝调研中国能建应城压缩空气储能项目[N]. 孝感日报, 2025-10-27(01).
