4月30日,國際首套300兆瓦先進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,相當于給電網(wǎng)安裝一臺大“充電寶”,使“靠天吃飯”的太陽能、風能發(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”。
三條標準選定一個研究方向
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條標準: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條標準的技術(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,縱坐標是各種儲能技術(shù),橫坐標是創(chuàng)新性、技術(shù)成熟度、專業(yè)相關(guān)度等指標,結(jié)果壓縮空氣儲能以5顆星領(lǐng)跑其他技術(shù)。
而當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。
“中國科學院的使命是什么?創(chuàng)新為民?!标惡IX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年我國風電和光伏裝機增長了8倍,2023年風電和光伏裝機更是歷史性超過火電,占比達50.4%,是全世界對儲能需求最強烈的國家。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訪學,這正是一次技術(shù)探索的好機會。
在英國,他和導師共同提出了液態(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。
有了這次試水,2009年回國后,陳海生立志發(fā)展比液態(tài)空氣更先進的壓縮空氣儲能技術(shù)。
當時,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,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)基于燃氣輪機技術(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,釋放高壓空氣進入燃燒室,同燃料一起燃燒,驅(qū)動透平發(fā)電。這相當于讓燃氣輪機分時工作,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)鍵在于葉輪機械的高效運轉(zhuǎn)。工程熱物理所自1956年建所以來,在葉輪機械方面研究基礎(chǔ)深厚,創(chuàng)始人吳仲華先生是國際公認的“葉輪機械先鋒”。
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)的先進壓縮空氣儲能技術(shù):在用電低谷時,用壓縮機取代燃氣輪機壓縮空氣,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,帶動發(fā)電機發(fā)電。
這一改進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))
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