空气液化：储能技术迎接新突破

9月24日，国网平山县供电公司的工人在平山县营里乡桃园10千伏储能站巡查

　　相比于电池等储能手段，依托绿色低碳无污染可再生能源的储能技术往往更受青睐。在这一背景下，空气液化储能作为一种高潜力的清洁能源储存技术正在兴起。

文/《环球》杂志记者 毛振华

编辑/马琼

　　能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。千百年来，如何将能源有效储存起来，以备日常所需，一直是人类孜孜以求的目标。随着近几年世界各国开始确立低碳发展方向，全球能源体系纷纷将目光投向可再生能源。

　　不过，可再生能源大都依赖自然环境，存在不稳定性、不确定性。因此，大力发展可靠、高效的储能技术成为大势所趋。最近，部分国家加快了推动空气液化储能的商业化步伐，让人们看到了储能技术低碳进阶的希望。

新型储能技术商业化探索

　　储能技术是能源转型的关键支撑技术。于近日举行的第一届全国先进储能技术创新挑战赛新闻发布会上，工业和信息化部产业发展促进中心主任沙南生指出，随着我国可再生能源、智能电网、电动汽车等产业发展，储能的重要性日益凸显，已成为未来电力行业“源网荷储”一体化发展不可或缺的一环。

　　相比于电池等储能手段，依托绿色低碳无污染可再生能源的储能技术往往更受青睐。在这一背景下，空气液化储能作为一种高潜力的清洁能源储存技术正在兴起。

　　据外媒报道，日本住友重机械工业出资的英国初创企业，将于2024年把首座储能设施投入使用。该设施将利用可再生能源把空气变成液态，发电时再将其变回气态，从而带动涡轮机工作。该设备寿命长，费用最多可比蓄电池缩减6成。随着该技术的商业化，清洁储能正加快从梦想照进现实。

　　据业内人士透露，空气液化储能技术受到关注已久。日本早年就已积极开展这项技术研究，如三菱公司、日立公司等就是其中的代表。近几年，英国公司及研究机构开展进一步探索并加快商业化步伐，再加之国际社会对能源低碳化的追求，让这项技术距离人们的生活越来越近。

　　从常规原理上来看，在电网负荷低谷期，将电能用于压缩空气，将液化空气高压密封在报废矿井、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩的空气推动汽轮机发电，从而达到储能的目标。

　　这种储能技术的优势显而易见，具有规模大、周期长等优势，是极具发展潜力的大规模储能技术。当然，其储能效率与整个系统能量能否被充分利用息息相关。为提高空气液化储能系统的效率，就需要选择合适的储能装置，尽量减少装置运转过程中不必要的能量损失。

能源再利用迎来新机遇

　　中国国际发展知识中心发布的首期《全球发展报告》指出，绿色转型提供全球可持续发展的新机遇。截至今年5月，127个国家已经提出或准备提出碳中和目标，覆盖全球GDP的90%、总人口的85%、碳排放的88%。空气液化储能技术与全球低碳发展、绿色转型同频共振，前景可期。

　　空气液化储能的过程带有深深的低碳烙印。空气液化过程中产生的废热，可用于电力恢复过程中加热液态空气，使能量得到充分利用。液化过程用于加热液态空气的热量，也可以是环境中的热量和工业中产生的废热。同理，还可以将液态空气气化产生的冷量，应用于储能过程中对气态的空气进行预冷，同样可以提高空气液化储能系统的效率。

　　相关研究认为，在现实社会生活中，空气液化储能技术有着广泛的应用场景。

　　譬如在家庭供暖中，可以设想，冬天时压缩并液化空气，将释放出的热能用于供暖，并将液态空气储存起来。到了夏天，再利用液态空气进行供冷，吸收夏天的热，同时利用液态空气的气化膨胀驱动发电机发电，实现将液态空气中储存的能量转换为电能。

　　这种方式实现了热量在冬天和夏天的转移，能够大幅减少供暖和供冷过程中的燃料或电力消耗。特别是在规模化集中供冷供热的背景下，能够产生巨大的经济效益和减排效果。即便空气液化释放的热量以及气化所吸收的冷量不足以满足供暖和供冷的需求，也可以通过燃煤、天然气、电力等进行补充和调节，社会效益依然显著。

　　沿着这项技术延伸思考，高能耗又有降温需求的数据中心，同样将是空气液化储能技术的有效用武之地。数据中心在耗电的同时，会产生大量的热，如果能够将数据中心的散热系统改造为可以利用液态空气的系统，则能够在获得更好的散热效果的同时，实现充分利用数据中心产生的热量加热液态空气进行发电。

　　除此之外，超导输电、发动机、超导计算机等领域，只要空气液化储能技术足够成熟，同样可以大胆融合，改变过去能源的自然流失和浪费现象，有效利用火电厂、钢铁厂等释放的大量热量，集中起来实现规模化应用，逐渐改变人们对化石能源的依赖。

发展新型储能技术箭在弦上

　　如果说空气液化开启了储能技术的新路径，那么由此释放出的更多新型储能技术，则给人类的绿色可持续发展带来新希望。

　　其实，当前储能方式主要分为两类，一类是化学储能，一类是物理储能。化学储能主要包括锂电池、铅酸电池、钠离子电池等。在物理储能中，除空气液化储能外，代表性的还有抽水储能、飞轮储能等。以抽水储能为例，它指的是在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期再通过释放上池水库中的水来发电。

　　我国的抽水储能技术发展相对成熟，并且其成本要远低于其他储能方式。2021年4月30日，国家发展改革委《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》明确，落实新出台的抽水蓄能价格机制，建立新型储能价格机制，推动新能源及相关储能产业发展。抽水储能也是当前为数不多大规模运用于电力系统的储能技术。

　　飞轮储能指的则是用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来，在需要时飞轮带动发电机发电。飞轮系统运行于真空度较高的环境中，适用于电网调频和电能质量保障。飞轮储能在全球和国内储能市场领域还属于小众技术。

　　放眼未来，加快发展应用高效清洁的储能技术已显得必要且紧迫。到2025年，整个电力系统形态、运行特性将发生一系列重大变化，解决好大规模新能源并网带来的多重挑战则是制胜未来的关键。通过储能，能够平抑大规模清洁能源发电接入电网带来的波动性，提高电网运行的安全性、经济性和灵活性。

　　国网天津电力相关负责人表示，储能作为新能源的“稳定器”、电力系统的“充电宝”、能源供应的“蓄水池”，必将成为新能源发展的“刚需品”，在这场世纪竞跑中发挥着极其重要的保障作用。

　　国内多地已着手探索推进储能项目。“十四五”期间，浙江省力争实现200万千瓦左右新型储能示范项目发展目标；在山东济南，我国首座百兆瓦级分散控制储能电站正式投运。它每次可充21.2万度电，能够满足1000户家庭一个月的使用电量；来自河北省发展改革委的消息显示，2021年12月31日，国际首套百兆瓦先进压缩空气储能国家示范项目送电成功，标志着该项目顺利实现并网，正式进入系统带电调试阶段。

　　中国能源研究会储能专委会主任陈海生认为，当前我国储能总体装机接近系统电力总装机的2%，距离市场需求还有巨大的空间。国家发展改革委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出，到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达3000万千瓦以上。到2030年，实现新型储能全面市场化发展。

　　尽管新型储能技术前景广、环境友好，但在国内还处在发展初期，在行业管理、市场机制等方面仍存在短板和空白，亟待多措并举，加快产业化步伐，形成完备的产业链条，真正让好技术拥有好前景，服务于人类美好生活愿景。

来源：2022年11月2日出版的《环球》杂志 第22期

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