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4月30日，國際首套300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范電站在山東肥城首次并網(wǎng)發(fā)電成功。這意味著，我國具有了目前國際上規(guī)模最大、效率最高、性能最優(yōu)、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站。
山東肥城300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項目全景。
儲能，就是把多余的電先存起來，需要的時候再拿出來，相當(dāng)于給電網(wǎng)安裝一臺大“充電寶”，使“靠天吃飯”的太陽能、風(fēng)能發(fā)電都能穩(wěn)定、流暢地接入電網(wǎng)，存儲備用。
壓縮空氣儲能則是以空氣為介質(zhì)充放電的“空氣充電寶”。它性能優(yōu)異，規(guī)模大、壽命長、成本低，發(fā)展勢頭迅猛。
與鋰電池、抽水蓄能等其他儲能技術(shù)相比，壓縮空氣儲能非?！澳贻p”，在中國僅有10多年的開發(fā)史，卻發(fā)展迅猛，成為后起之秀，令許多業(yè)內(nèi)人士坦言“沒想到”。
三條標(biāo)準(zhǔn)選定一個研究方向
壓縮空氣儲能的概念起源較早，第一個專利于1949年在美國問世。德國和美國分別于1978年和1991年建成壓縮空氣儲能電站，并運行至今。雖然世界各國對壓縮空氣儲能都有布局，但并非熱門，真正將它發(fā)揚光大的還是中國。
2004年，剛剛參加工作的中國科學(xué)院工程熱物理研究所（以下簡稱“工程熱物理所”）副研究員陳海生開始思考未來的研究方向。他給自己定下3條標(biāo)準(zhǔn)：朝陽產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)新性領(lǐng)域、同工程熱物理專業(yè)相關(guān)。但是，滿足這3條標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)是什么？
經(jīng)過3個多月的調(diào)研分析，陳海生相中了儲能技術(shù)。這在當(dāng)時是極其冷門的方向。
那時，我國正處于火電“大干快上”的時代，再生能源裝機(jī)占比不足1%，是妥妥的“小兄弟”，更不存在并網(wǎng)難題。很難想象，有朝一日，太陽能和風(fēng)能會撼動火力發(fā)電的主體地位，儲能也將由“冷”轉(zhuǎn)“熱”。
陳海生畫了一張表，縱坐標(biāo)是各種儲能技術(shù)，橫坐標(biāo)是創(chuàng)新性、技術(shù)成熟度、專業(yè)相關(guān)度等指標(biāo)，結(jié)果壓縮空氣儲能以5顆星領(lǐng)跑其他技術(shù)。
而當(dāng)時壓縮空氣儲能在中國僅有理論研究，沒有技術(shù)攻關(guān)，展現(xiàn)在他面前的是一片空白。
“中國科學(xué)院的使命是什么？創(chuàng)新為民。”陳海生覺得，國家未來需要什么，得有人提前思考、提前攻關(guān)、提前實踐。
他決定挑戰(zhàn)一下。一輩子要做的事，就這么決定了。
如今回頭看，過去10年我國風(fēng)電和光伏裝機(jī)增長了8倍，2023年風(fēng)電和光伏裝機(jī)更是歷史性超過火電，占比達(dá)50.4%，是全世界對儲能需求最強(qiáng)烈的國家。儲能不僅登上了能源發(fā)展的歷史舞臺，而且將扮演重要角色。
來一場徹底的創(chuàng)新
2005年，陳海生被公派去英國利茲大學(xué)訪學(xué)，這正是一次技術(shù)探索的好機(jī)會。
在英國，他和導(dǎo)師共同提出了液態(tài)空氣儲能的概念，很快得到英國政府和投資機(jī)構(gòu)600萬英鎊的經(jīng)費支持。為了完成這個項目，原本為期一年的訪問變成了4年的正式工作。最終，他們在2009年建成國際首套兆瓦級液態(tài)空氣儲能裝置。由于液態(tài)空氣的密度遠(yuǎn)大于氣態(tài)空氣，該系統(tǒng)解決了依賴大型儲氣洞穴的問題，比傳統(tǒng)技術(shù)更為先進(jìn)。
有了這次試水，2009年回國后，陳海生立志發(fā)展比液態(tài)空氣更先進(jìn)的壓縮空氣儲能技術(shù)。
當(dāng)時，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)存在效率不高的缺點。德、美兩國儲能電站的效率分別僅為42%、54%。也就是說，存進(jìn)去1度電，只能放出來大約半度，另外半度在存、放的過程中被消耗了。而且，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能裝置必須依賴天然氣提供熱源。
這兩個缺點在油氣資源豐富的國家尚可接受，但放到“缺油少氣”的中國，無疑是致命短板。
要從根本上突破這兩大技術(shù)瓶頸、在中國走通壓縮空氣儲能這條路，顯然不能僅僅依靠跟蹤、模仿、改進(jìn)，必須來一場徹底的技術(shù)創(chuàng)新。而創(chuàng)新的底氣，源自我國科學(xué)家在動力工程及工程熱物理專業(yè)的多年積累。
傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能系統(tǒng)基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，在用電低谷時，利用富余的電能將空氣壓縮并儲存在儲氣室中；在用電高峰時，釋放高壓空氣進(jìn)入燃燒室，同燃料一起燃燒，驅(qū)動透平發(fā)電。這相當(dāng)于讓燃?xì)廨啓C(jī)分時工作，儲能、釋能過程相互獨立，最終起到削峰填谷的作用。
該系統(tǒng)的關(guān)鍵在于葉輪機(jī)械的高效運轉(zhuǎn)。工程熱物理所自1956年建所以來，在葉輪機(jī)械方面研究基礎(chǔ)深厚，創(chuàng)始人吳仲華先生是國際公認(rèn)的“葉輪機(jī)械先鋒”。
基于自身的“金剛鉆”，2009年工程熱物理所提出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)：在用電低谷時，用壓縮機(jī)取代燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣，同時回收壓縮熱；在用電高峰時，釋放儲存的熱量加熱高壓空氣，驅(qū)動膨脹機(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
這一改進(jìn)不僅不使用額外的燃料，實現(xiàn)零排放，還將原先浪費掉的壓縮熱能利用起來，儲能效率大幅提高，理論上可達(dá)70%以上。因地制宜，本土化的條件就此建立起來。
但這一改，也意味著從基礎(chǔ)研究到關(guān)鍵技術(shù)，再到工程開發(fā)，都沒有成熟經(jīng)驗可供借鑒。
敢不敢做“第一個吃螃蟹的人”？陳海生沒有猶豫：“我們一定要掌握自主知識產(chǎn)權(quán)，哪怕多花幾年時間，也一定要掌握核心技術(shù)，不能總是模仿跟蹤，更不能受制于人。”（記者陳歡歡）
（未完待續(xù)）
責(zé)任編輯：魏敏
