如今，太陽能、風(fēng)能等可再生能源

已成為城市清潔電力的重要來源

但這類能源存在短板

即供應(yīng)具有不穩(wěn)定性

白天日照充足時(shí)或大風(fēng)天氣時(shí)

太陽能發(fā)電量常大幅超過即時(shí)需求

而當(dāng)太陽落山、風(fēng)力停歇時(shí)

電網(wǎng)又會面臨電力供應(yīng)不足的困境

若有 “超級充電寶” 能儲存多余電力

并按需轉(zhuǎn)化回電能

便可有效解決這一問題

當(dāng)前，大規(guī)模儲能技術(shù)主要有

電池儲能、抽水蓄能和壓縮空氣儲能

但各自存在局限

抽水蓄能受嚴(yán)苛的自然條件限制

需考慮上下水庫的地理格局

還易受天氣影響

電池儲能的靈活性有一定優(yōu)勢

卻面臨使用壽命與成本的雙重困境

壓縮空氣儲能

需制作體積龐大、壁厚驚人的容器

造價(jià)成本飆升

且依賴天然鹽穴存儲壓縮空氣的方式

受地理分布限制顯著

難以在全國范圍內(nèi)普及

這些技術(shù)瓶頸讓能源領(lǐng)域不斷追問

是否存在一種新的儲能方式

既能擺脫地理?xiàng)l件的束縛

又兼有體積小巧、成本可控的優(yōu)勢

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所王俊杰研究員團(tuán)隊(duì)

經(jīng)無數(shù)日夜攻關(guān)找到了解決辦法

團(tuán)隊(duì)最初研究壓縮空氣儲能技術(shù)

進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了液態(tài)空氣儲能技術(shù)這條路線

他們思考能否將低溫技術(shù)應(yīng)用到儲能領(lǐng)域

把常溫氣體通過壓縮冷卻到-194℃

使其變成液態(tài)空氣來存儲

液態(tài)空氣的體積僅為常規(guī)氣體的750分之一

能在很小空間內(nèi)儲存較多能量

通過實(shí)驗(yàn)，能夠直觀感受到

溫度降低對氣體壓力或體積的影響

把氣球放入液氮中

隨著氣球溫度降低

內(nèi)部空氣降溫液化，氣球逐漸變癟

簡單來說，液態(tài)空氣儲能

就是在電網(wǎng)電力過剩時(shí)

用過剩電力驅(qū)動壓縮機(jī)做功

將空氣加壓降溫轉(zhuǎn)化為液態(tài)

依據(jù)能量守恒定律

這一過程消耗的“過剩電力”

實(shí)際是換了一種能量形式存儲在液態(tài)空氣中

當(dāng)用電高峰來臨時(shí)

再將液態(tài)空氣升溫并氣化膨脹

推動膨脹機(jī)發(fā)電

把儲存的能量重新轉(zhuǎn)化為電能

通過這種方式

可調(diào)節(jié)電力供需，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行

液態(tài)空氣儲能技術(shù)最大的優(yōu)勢是

不受地理?xiàng)l件限制

通常能“吃粗糧、干細(xì)活”

適合建在風(fēng)光發(fā)電廠附近

有利于電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

其使用的原料是大氣中

取之不盡、用之不竭的常規(guī)空氣

整個(gè)運(yùn)行過程中沒有任何污染物排出

運(yùn)行低碳、環(huán)保、可靠、安全且壽命長

在青海格爾木廣袤的戈壁灘上

矗立著一座能源堡壘

這是全球在建規(guī)模最大的

60MW/600MWh液態(tài)空氣儲能示范項(xiàng)目

擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)

多項(xiàng)核心指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先水平

設(shè)備自主化率達(dá)到了100%

通俗來講，這個(gè)儲能電站

一天運(yùn)行一次

可存儲60萬度電

一年能存儲1.8億度電

可供3萬戶家庭使用一年

整個(gè)園區(qū)由壓縮膨脹單元、液化單元和儲冷儲熱單元構(gòu)成

當(dāng)電網(wǎng)電力過剩時(shí)

“過剩電力”會驅(qū)動壓縮機(jī)

將凈化后的空氣壓縮為高壓高溫空氣

經(jīng)換熱器降溫冷卻后

這些空氣流入冷箱進(jìn)行液化處理

液化后的空氣會被儲存在低溫儲罐中

至此完成空氣的液化和存儲

同時(shí)，空氣壓縮產(chǎn)生的熱能不會被浪費(fèi)

會被循環(huán)水帶走

以熱水形式存儲在高壓球罐中

這就是液態(tài)空氣儲能的“儲能”環(huán)節(jié)

當(dāng)用電高峰來臨時(shí)

存儲的液態(tài)空氣會經(jīng)過加壓后重新進(jìn)入冷箱

液態(tài)空氣在冷箱中被蓄冷介質(zhì)加熱氣化

之后送入膨脹機(jī)側(cè)換熱器

同時(shí)，高壓球罐中的熱水

會在換熱器中對空氣進(jìn)行加熱

加熱后形成的高壓高溫空氣

在膨脹機(jī)中膨脹做功

帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電

通過這樣的過程

成功將能量轉(zhuǎn)換成電能

送入電網(wǎng)，這就是“釋能”環(huán)節(jié)

智能控制中心

是整個(gè)電站的神經(jīng)中樞和智慧大腦

在這里，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控

上百套設(shè)備和數(shù)千個(gè)工藝參數(shù)

通過3D建模和數(shù)字化仿真

大屏全景呈現(xiàn)空氣從被壓縮、冷卻到液化

再到復(fù)溫發(fā)電的每一步流程

自動化控制讓整個(gè)儲能系統(tǒng)

運(yùn)行既安全又高效

同時(shí)，控制系統(tǒng)還會從現(xiàn)場

反饋成千上百條數(shù)據(jù)

這些設(shè)備在操作人員

和智慧大腦的控制下相互配合

最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)液態(tài)空氣儲能電站的

高效充電和發(fā)電

這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景

遠(yuǎn)不止于儲存電能

液態(tài)空氣儲能技術(shù)的整個(gè)能量轉(zhuǎn)化過程

涉及冷、熱、氣、電四個(gè)環(huán)節(jié)

它可以與這四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行耦合

例如，在我國東南沿海

有一大批LNG接收站

在將LNG變成常溫時(shí)

需要用海水來加熱

這部分冷能實(shí)際是未被利用而浪費(fèi)的能源

如果將LNG接收站的冷能與液態(tài)空氣儲能耦合

整個(gè)液態(tài)空氣儲能的效率會得到大大提升

此外，在工業(yè)場景中

很多工廠會產(chǎn)生大量未被利用的余熱、廢熱

若把這些余熱與液態(tài)空氣儲能相結(jié)合

整個(gè)發(fā)電效率會很高

能提高能源利用效率

液態(tài)空氣儲能不僅能輸出電

還可以輸出蒸汽

憑借這一特性

可以為工廠建立一個(gè)新型的能源系統(tǒng)

與冷能、熱能的耦合

為工業(yè)園區(qū)提供綜合能源服務(wù)

液態(tài)空氣儲能技術(shù)正展現(xiàn)出越來越多的可能性

隨著液態(tài)空氣儲能技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展

它將在全球能源舞臺上扮演更為重要的角色

液態(tài)空氣儲能技術(shù)是推動我國能源轉(zhuǎn)型

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要支柱

同時(shí)，它也將為全球能源可持續(xù)發(fā)展

貢獻(xiàn)中國智慧與中國方案