【壓縮機(jī)網(wǎng)】2020年建成100兆瓦項(xiàng)目。“這對我來說，既是目標(biāo)也是承諾，更是鞭策。既然已經(jīng)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?yàn)樘y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(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)研發(fā)的大規(guī)模壓縮空氣儲能集成與示范平臺搭建完成，進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)試階段，成為q*s*個針對10兆瓦級先進(jìn)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)檢測平臺。

 

　　王海峰認(rèn)為，10兆瓦壓縮空氣儲能足夠風(fēng)場使用，成本也低于電池儲能，完全可以商業(yè)化推廣。

 

　　陳海生則已經(jīng)開始了100兆瓦級系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，根據(jù)他的時間表，2020年計(jì)劃建成100兆瓦壓縮空氣儲能系統(tǒng)。

 

　　從無到有

 

　　去年12月，位于貴州省畢節(jié)市金海湖新區(qū)的國家能源大規(guī)模物理儲能技術(shù)研發(fā)中心，天空飄著小雪，落在地面，打濕了園區(qū)的柏油路面。

 

　　兩年前的12月，這里同樣是陰雨天，因?yàn)槁窙]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(guī)模物理儲能技術(shù)研發(fā)中心，大規(guī)模先進(jìn)壓縮空氣儲能集成與驗(yàn)證平臺也建成進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)試，預(yù)期儲能效率將創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄。

 

　　可以達(dá)到百兆瓦級的大規(guī)模儲能技術(shù)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(wǎng)負(fù)荷低谷期用電能壓縮空氣，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動膨脹機(jī)發(fā)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(yè)化生產(chǎn)，不需要抽水蓄能的地理?xiàng)l件，優(yōu)勢很大”。

 

　　國家能源大規(guī)模物理儲能技術(shù)研發(fā)中心副主任左志濤表示，相比于其他儲能技術(shù)，壓縮空氣儲能具有容量大、成本低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并且系統(tǒng)規(guī)模越大、效率越高、成本越低。

 

　　目前，全世界有兩座商業(yè)運(yùn)行的壓縮空氣儲能電站，分別位于德國和美國，規(guī)模達(dá)到百兆瓦級，但采用燃燒天然氣的傳統(tǒng)技術(shù)路線。而陳海生團(tuán)隊(duì)研發(fā)的先進(jìn)系統(tǒng)不使用儲氣洞穴、不燃燒天然氣，具有技術(shù)上的優(yōu)勢。

 

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

 

　　2013年初廊坊1.5兆瓦示范項(xiàng)目建成后，團(tuán)隊(duì)就開始了10兆瓦項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作，到2015年初已經(jīng)完成了集成驗(yàn)證平臺建設(shè)圖紙。下半年，在國家能源局的支持下，國家能源大規(guī)模物理儲能技術(shù)研發(fā)中心正式落戶畢節(jié)，項(xiàng)目隨之開工建設(shè)，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(zé)任心和事業(yè)心在堅(jiān)持。”

 

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

 

　　難點(diǎn)何在

 

　　王海峰認(rèn)為，10兆瓦壓縮空氣儲能系統(tǒng)難度極大，陳海生團(tuán)隊(duì)的成功得益于他們巧妙化解了許多技術(shù)和工程難題。

 

　　陳海生表示，葉輪機(jī)械的難題在于高壓高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速，壓縮空氣儲能系統(tǒng)需要在這種復(fù)雜情況下獲得高效率，同時還要解決各個機(jī)械、渦輪之間的相互匹配、耦合問題。“s*先要清楚設(shè)備內(nèi)部的流動傳熱機(jī)理，我們通過‘863’‘973’等項(xiàng)目積累了很多基礎(chǔ)研究，摸清了原理，才能指導(dǎo)設(shè)計(jì)。”

 

　　壓縮空氣儲能系統(tǒng)主要包括壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和蓄熱換熱三大部分，由于規(guī)模放大，1.5兆瓦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)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(chuàng)新性、開拓性的工作，沒有經(jīng)驗(yàn)可參考，而且現(xiàn)在看來性能很好、可靠性很強(qiáng)。”陳海生表示。

 

　　陳海生透露，該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證平臺，具有不同儲能系統(tǒng)的部件研發(fā)、流程優(yōu)化與篩選、系統(tǒng)性能測試與檢驗(yàn)等功能，為大規(guī)模儲能系統(tǒng)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供必需的技術(shù)支撐。

 

　　在100兆瓦級先進(jìn)壓縮空氣儲能系統(tǒng)方面，陳海生也在爭做第一個吃螃蟹的人。據(jù)悉，100兆瓦系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作已經(jīng)啟動。同10兆瓦系統(tǒng)相比，100兆瓦系統(tǒng)將提高效率10%，單位成本下降30%，適用于大電網(wǎng)、大風(fēng)電場。

 

　　曙光乍現(xiàn)

 

　　“團(tuán)隊(duì)、平臺和資源。”這是陳海生總結(jié)出的決定時間表能否按時實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。在搞好團(tuán)隊(duì)和平臺建設(shè)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(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了技術(shù)授權(quán)，并在持續(xù)推廣，10兆瓦項(xiàng)目也在參與招標(biāo)。

 

　　陳海生認(rèn)為，儲能項(xiàng)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(rèn)清儲能的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。

 

　　而且，一套10兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)造價可降至8000萬～9000萬元，比電池便宜很多，風(fēng)電廠可以承受，并且壽命達(dá)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(guān)心的還是他的時間表。“這對我來說，既是目標(biāo)也是承諾，更是鞭策。既然已經(jīng)扛起了這面旗，就要力所能及地扛下去，在中國做成大規(guī)模壓縮空氣儲能這件事。”陳海生說。

 

　　顛覆性的儲能技術(shù)

 

　　風(fēng)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(fēng)的日子里，太陽能和風(fēng)能無法滿足電力用戶的能源需求，除非可以將風(fēng)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(xiàn)實(shí)。

 

　　2016年5月份，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計(jì)劃(2016～2030年)》，其中，儲能技術(shù)作為能源互聯(lián)網(wǎng)和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)被列為中國未來15年的關(guān)鍵創(chuàng)新任務(wù)之一。

 

　　儲能技術(shù)將是未來智能電網(wǎng)的重要組成部分，涉及其建設(shè)的各個主要環(huán)節(jié)。儲能技術(shù)在接納風(fēng)電、太陽能發(fā)電等間歇性清潔能源入網(wǎng)方面也發(fā)揮著不可或缺的重要作用。國家應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)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(shù)，一旦儲能技術(shù)能夠突破了，其他的都好解決。”

 

　　近幾十年來，儲能技術(shù)的研究和發(fā)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(xué)三大類型，壓縮空氣儲能是物理儲能的一種。”q*能源互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動膨脹機(jī)發(fā)電的儲能方式。與電池、超級電容等秒級響應(yīng)的功率型儲能技術(shù)相比，其響應(yīng)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(yōu)點(diǎn)。

 

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

 

　　壓縮空氣儲能技術(shù)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(tǒng)效率。此外，液態(tài)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?xiàng)l件限制。