【壓縮機網】2020年建成100兆瓦項目。“這對我來說，既是目標也是承諾，更是鞭策。既然已經扛起了這面旗，就要力所能及地扛下去。”

 

　　“幾年前我們都不看好，因為太難了，沒想到他真干成了。”中科院電工所研究員王海峰感慨。

 

　　他指的是中科院工程熱物理研究所研究員陳海生。2016年11月，其團隊自主設計研發的大規模壓縮空氣儲能集成與示范平臺搭建完成，進入系統調試階段，成為q*s*個針對10兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統的實驗檢測平臺。

 

　　王海峰認為，10兆瓦壓縮空氣儲能足夠風場使用，成本也低于電池儲能，完全可以商業化推廣。

 

　　陳海生則已經開始了100兆瓦級系統的設計工作，根據他的時間表，2020年計劃建成100兆瓦壓縮空氣儲能系統。

 

　　從無到有

 

　　去年12月，位于貴州省畢節市金海湖新區的國家能源大規模物理儲能技術研發中心，天空飄著小雪，落在地面，打濕了園區的柏油路面。

 

　　兩年前的12月，這里同樣是陰雨天，因為路沒修好，走幾步就踩一腳泥。

 

　　兩年時間，這里不僅修好了路，建起了國家能源大規模物理儲能技術研發中心，大規模先進壓縮空氣儲能集成與驗證平臺也建成進入系統調試，預期儲能效率將創造新的世界紀錄。

 

　　可以達到百兆瓦級的大規模儲能技術包括抽水蓄能和壓縮空氣儲能兩種，壓縮空氣儲能排名第二。其原理是在電網負荷低谷期用電能壓縮空氣，在電網負荷高峰期釋放壓縮空氣推動膨脹機發電。王海峰指出，壓縮空氣儲能“效率基本可以和抽水蓄能PK，而且可工業化生產，不需要抽水蓄能的地理條件，優勢很大”。

 

　　國家能源大規模物理儲能技術研發中心副主任左志濤表示，相比于其他儲能技術，壓縮空氣儲能具有容量大、成本低、壽命長等優點，并且系統規模越大、效率越高、成本越低。

 

　　目前，全世界有兩座商業運行的壓縮空氣儲能電站，分別位于德國和美國，規模達到百兆瓦級，但采用燃燒天然氣的傳統技術路線。而陳海生團隊研發的先進系統不使用儲氣洞穴、不燃燒天然氣，具有技術上的優勢。

 

　　雖然在國際同行中處于領先地位，但陳海生時刻警醒自己：“國際基本同步，國內追趕甚急，形勢嚴峻。”2010年他回國之初就設定了壓縮空氣儲能研發的時間表：2012年完成1.5兆瓦示范項目，2015年建成10兆瓦項目，2020年建成100兆瓦項目。

 

　　2013年初廊坊1.5兆瓦示范項目建成后，團隊就開始了10兆瓦項目的設計工作，到2015年初已經完成了集成驗證平臺建設圖紙。下半年，在國家能源局的支持下，國家能源大規模物理儲能技術研發中心正式落戶畢節，項目隨之開工建設，僅用一年時間就正式建成。

 

　　陳海生坦言：“這一年大家干得很苦，克服了很多困難，真是有苦有樂、有血有淚，靠著責任心和事業心在堅持。”

 

　　就這么磕磕絆絆著前進，終于，原計劃的時間表只滯后了不到一年。在陳海生看來，完成目標“很有希望”。

 

　　難點何在

 

　　王海峰認為，10兆瓦壓縮空氣儲能系統難度極大，陳海生團隊的成功得益于他們巧妙化解了許多技術和工程難題。

 

　　陳海生表示，葉輪機械的難題在于高壓高負荷高轉速，壓縮空氣儲能系統需要在這種復雜情況下獲得高效率，同時還要解決各個機械、渦輪之間的相互匹配、耦合問題。“s*先要清楚設備內部的流動傳熱機理，我們通過‘863’‘973’等項目積累了很多基礎研究，摸清了原理，才能指導設計。”

 

　　壓縮空氣儲能系統主要包括壓縮機、膨脹機和蓄熱換熱三大部分，由于規模放大，1.5兆瓦系統的設計已經無法照搬，幾乎全部重新來過。例如，采用多級高效壓縮解決了70～100個大氣壓的超高大氣壓壓縮問題等。

 

　　“這些都是我們自己做的創新性、開拓性的工作，沒有經驗可參考，而且現在看來性能很好、可靠性很強。”陳海生表示。

 

　　陳海生透露，該實驗平臺是目前國際上容量z*大、功能z*全、測量范圍z*寬的壓縮空氣儲能集成實驗與驗證平臺，具有不同儲能系統的部件研發、流程優化與篩選、系統性能測試與檢驗等功能，為大規模儲能系統的研發和產業化提供必需的技術支撐。

 

　　在100兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統方面，陳海生也在爭做第一個吃螃蟹的人。據悉，100兆瓦系統設計工作已經啟動。同10兆瓦系統相比，100兆瓦系統將提高效率10%，單位成本下降30%，適用于大電網、大風電場。

 

　　曙光乍現

 

　　“團隊、平臺和資源。”這是陳海生總結出的決定時間表能否按時實現的關鍵點。在搞好團隊和平臺建設的同時，“找資源”也一直是他的工作重心之一。

 

　　此前，1.5兆瓦項目已經進行了技術授權，并在持續推廣，10兆瓦項目也在參與招標。

 

　　陳海生認為，儲能項目要想有生命力，s*先得有體制保障——峰谷電價和儲能電價，其次是在觀念上真正認清儲能的經濟價值和社會價值。

 

　　而且，一套10兆瓦級壓縮空氣儲能系統造價可降至8000萬～9000萬元，比電池便宜很多，風電廠可以承受，并且壽命達到30年以上，儲電的成本在0.3～0.5元/度。

 

　　“也就是說，即使沒有其他政策支持，只要峰谷電價差高于0.5元就可能贏利。”陳海生指出。

 

　　此外，國際儲能市場也是一塊大蛋糕。

 

　　不過陳海生更關心的還是他的時間表。“這對我來說，既是目標也是承諾，更是鞭策。既然已經扛起了這面旗，就要力所能及地扛下去，在中國做成大規模壓縮空氣儲能這件事。”陳海生說。

 

　　顛覆性的儲能技術

 

　　風能和太陽能是清潔能源的重要來源，但都有波動性。在晚上或無風的日子里，太陽能和風能無法滿足電力用戶的能源需求，除非可以將風能和太陽能儲存起來備用。儲能的魅力就在于可以使這一夢想成為現實。

 

　　2016年5月份，國家發展改革委、國家能源局印發了《能源技術革命創新行動計劃(2016～2030年)》，其中，儲能技術作為能源互聯網和可再生能源產業發展的關鍵技術被列為中國未來15年的關鍵創新任務之一。

 

　　儲能技術將是未來智能電網的重要組成部分，涉及其建設的各個主要環節。儲能技術在接納風電、太陽能發電等間歇性清潔能源入網方面也發揮著不可或缺的重要作用。國家應對氣候變化戰略研究和國際合作中心主任李俊峰曾表示：“真正影響未來能源大格局的就是儲能技術，一旦儲能技術能夠突破了，其他的都好解決。”

 

　　近幾十年來，儲能技術的研究和發展一直受到各國重視。“廣義上來講，儲能可分為物理、電磁、電化學三大類型，壓縮空氣儲能是物理儲能的一種。”q*能源互聯網研究院電力電子所副所長徐桂芝表示。

 

　　壓縮空氣儲能是指在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，在電網負荷高峰期釋放壓縮空氣推動膨脹機發電的儲能方式。與電池、超級電容等秒級響應的功率型儲能技術相比，其響應速度約為分鐘級，效率有一定差距，但具有儲能容量大、成本低、壽命長且無污染等優點。

 

　　自1949年提出壓縮空氣儲能技術以來，圍繞提高效率和儲能密度，先后發展出傳統壓縮空氣儲能技術、絕熱壓縮空氣儲能技術、深冷液化空氣儲能技術和超臨界壓縮空氣儲能技術四種主要技術方案。

 

　　壓縮空氣儲能技術將空氣液化并存儲，同時回收利用壓縮過程中的余熱以及膨脹過程中的余冷，可提升系統效率。此外，液態空氣能量密度高，約是高壓儲氣的10倍甚至更高，安全性好、儲氣罐成本低，徹底擺脫了地理條件限制。