空氣儲能技術的未來發(fā)展方向，就是把液態(tài)空氣儲能技術結合太陽能光熱、中低溫余熱統(tǒng)一的吸收到系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)的特點可以靈活地選擇把電反饋到電網中，還是單純地把壓縮空氣氣化，提供壓縮空氣給工商業(yè)使用。

——中國科學院理化技術研究所助理研究員季偉

8月7日-8日，由華北電力大學、中國可再生能源學會主辦的“第一屆中國儲能學術論壇暨風光儲創(chuàng)新技術大會”在北京召開。在8月8日分論壇三“機械儲能”中，中國科學院理化技術研究所助理研究員季偉作“大規(guī)模空氣儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀和未來展望”報告。

中國科學院理化技術研究所助理研究員季偉

各位老師，大家上午好!報告本來應該周遠院士作報告，但由我匯報。題目是《大規(guī)模空氣儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀和未來展望》。分三部分介紹，大規(guī)模空氣儲能技術目前的現(xiàn)狀及未來的展望，理化所取得的進展。

儲能主要解決的問題有三個，增強可再生能源的消納，提高電網性能，為現(xiàn)在能源互聯(lián)網提供研究基礎。

現(xiàn)在有各種各樣的儲能方式，我們可以把儲能方式為物理儲能和化學儲能。可以得到大規(guī)模應用的就是抽水蓄能、電池儲能和壓縮空氣儲能。抽水蓄能在北方氣溫特別低的情況下，冬天可能會有結冰。電池儲能發(fā)展的很好，但面臨的難題就是安全性，壽命和環(huán)保最后受到嚴峻的挑戰(zhàn)。我們研究空氣儲能技術，壓縮空氣儲能，它的優(yōu)點就是發(fā)電功率比較大，但缺點就是儲能的密度比較低，需要很大的地下的存儲空間。液態(tài)空氣儲能的技術，把空氣液化可以實現(xiàn)比較高的儲能密度，可以不受地理條件的限制。低溫長壓存儲，壓力穩(wěn)定。

壓縮空氣儲能技術的簡介，它的原理并不復雜，主要是在儲能階段利用間歇性的可再生能源驅動壓縮機，把空氣存儲到儲氣罐，高壓空氣通過不同的方式加熱，這些熱量可以是燃料補燃，太陽能光熱，可以是壓縮熱。壓縮空氣儲能技術多種多樣，主要把它劃為三種類型，外熱源型、絕熱、等溫。等溫是理想的形式，結合噴射水霧技術，實現(xiàn)近等溫壓縮和膨脹。目前等溫型的技術不成熟，下面主要介紹外熱源型和絕熱型。

選取典型的案例回顧壓縮空氣儲能技術的發(fā)展歷程，20世紀40年代，最早是國外的學者提出了壓縮空氣儲能的概念，當時儲能沒有那么大的需求，所以這個技術沒有得到快速的發(fā)展。20世紀60時代，很多國家開始研發(fā)這種技術。1978年德國Huntorf研發(fā)了，1991年美國Mcintosh研發(fā)了電站。2003年法國阿爾斯通公司為了避免化石燃料的使用，所以提出了先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)，完全綠色能源系統(tǒng)。通過壓縮存儲高溫的壓縮熱，把壓縮熱再用于發(fā)電。2010年美國ESPC公司提出燃氣輪機和壓縮空氣儲能聯(lián)合循環(huán)。2015年中科院理化所和清華大學聯(lián)合研制壓縮空氣儲能示范平臺。德國Huntorf電站，31萬立方米，地下有一個巨大的巖洞。美國Mcintosh的電站相比德國的電站最大的改進在于透平進氣。美國ESPC電力公司循環(huán)效率設計55%-60%，主要把燃氣輪機的微熱用來預熱透平進氣，提高燃氣輪機的發(fā)電功率，也提高了壓縮空氣儲能的儲能功率，可以實現(xiàn)對電網的靈活調峰。歐洲阿爾斯通公司提出了先進絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)，通過兩級壓縮把空氣壓到65公斤，排氣溫度高達580，高于目前工業(yè)上普通的壓縮機的排氣溫度。如果溫度太高，可能會對壓縮機的材料和壓縮機的設計會存在非常大的挑戰(zhàn)。580度的熱量需要采取特殊的蓄熱器，蓄熱裝置目前不成熟，結構復雜。我們單位在2015年和清華大學一起共建的500千瓦的壓縮空氣儲能示范平臺，壓縮存儲溫度120度。系統(tǒng)的優(yōu)點可以快速響應，小于5分鐘。

研究壓縮空氣很多年，其實很大的難題就是壓縮空氣的存儲技術。大功率和電網結合的時候，壓縮空氣的量是巨大的。壓縮空氣目前的主要存儲方式，其實主要是采用了地下的巖穴。巖穴的儲氣量大，但放氣體過程中氣體越來越低。目前的壓縮空氣儲能技術在放氣的階段，需要保持恒定的壓力，然后才能旋轉發(fā)電。有的學者提出了這是恒壓的方式。很多學者提出低溫液態(tài)空氣儲能技術，林德液化循環(huán)和朗肯動力循環(huán)的概念。儲氣占地面積是空氣儲能的1/15，對靈活性有很大的幫助。液態(tài)空氣儲能做最早的是英國的伯明罕大學，他們和一家公司合作，目前已經完成了350千瓦的示范工程，他們現(xiàn)在在建的是5兆瓦時和15兆瓦時的示范工程。規(guī)劃在英國做250兆瓦時的系統(tǒng)。我們在廊坊園區(qū)新建了100千瓦、100千瓦時的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)。壓縮空氣儲能每一代都有各自的特點。幾家單位研究的主要都是第三代、第四代，基本上都不用化石燃料，主要是靠壓縮熱預熱。目前主要是清華大學中科院的熱物理所和理化所在壓縮空氣方面做比較多的研究。我們所主要想結合著風電和光熱的技術路線實現(xiàn)能量地積極利用。

周遠院士領銜，他是國家低溫學科的開拓者和奠基人。我們的學術帶頭人是王俊杰研究員，我們的研究隊伍有七八十人，做儲能有20多人，研究方向包括能源存儲。取得很多獎勵，近五年獲得專利近百項。系統(tǒng)通過壓縮把壓縮空氣壓縮到兩個儲罐中，壓縮機的被壓是隨著儲罐的壓力升高逐漸升高的，我們設計了一個壓縮系統(tǒng)。為了克服變壓比的工況，建立高效壓縮熱存儲利用系統(tǒng)，我們也建立了非穩(wěn)態(tài)透平發(fā)電系統(tǒng)。當時最早我們也考慮過磁懸浮軸承，但最后采取的技術路線還是利用滑動軸承，最后的測試結果比較理想。我們進行熱力學參數(shù)的匹配，包括高速轉子動力學的設計。透平發(fā)電機組的全貌，克服儲氣罐的壓力波動對它進行穩(wěn)壓的系統(tǒng)。最大發(fā)電功率是432千瓦。我們啟動了新型風光壓縮空氣儲能系統(tǒng)，通過結合風電和太陽能的光熱，構建了四個單元，風電存儲單元、透平發(fā)電單元、ORC單元、光熱單元。廊坊示范裝置平臺，蓄冷效率90%，比國際上報道的都高。蓄冷效率對系統(tǒng)的影響最大，核算一下大概每1%的蓄冷效率都要影響系統(tǒng)效率4%-5%。液相蓄冷的優(yōu)點就是可以利用現(xiàn)在的板式換熱器技術，但有污染環(huán)境的問題，所以很難大規(guī)模的應用。我們開展了固相蓄冷的技術，搭建了固相蓄冷的實驗臺，已經取得了初步的實驗結果。

空氣儲能技術的未來發(fā)展方向。液態(tài)空氣儲能技術，結合太陽能光熱、中低溫余熱統(tǒng)一的吸收到系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)的特點可以靈活地選擇把電反饋到電網中，還是單純地把壓縮空氣氣化，提供壓縮空氣給工商業(yè)使用。我們在前期500千瓦壓縮空氣儲能和100千瓦LAES的情況下，我們正在籌建10兆瓦、100兆瓦時的LAES。主要分四部分，流程優(yōu)化方面主要是對系統(tǒng)進行模型的研究，梯級存儲的研究，雙向耦合蓄冷的研究和非穩(wěn)態(tài)傳熱的研究。針對系統(tǒng)的特點，研究非對稱耦合傳熱的特性，結合風電光熱的各種熱源進行耦合的機制研究。壓縮膨脹系統(tǒng)方面，我們和全國的單位合作，主要想研究高效寬工況的機械，間歇運行下如何保持穩(wěn)定是一個難點。最后是集成并網的系統(tǒng)。未來規(guī)劃一個百兆瓦時的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)，提供冷熱電的聯(lián)供。

各項儲能技術都有各自的優(yōu)缺點，沒有哪家儲能完全可以解決現(xiàn)在電網的問題。我們也是希望未來各種儲能技術可以進行有機的結合，尤其是空氣儲能可以實現(xiàn)大功率，可以與電池儲能快速響應。功率密度大，可以與飛輪技術進行結合。

謝謝大家!