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4月30日，國(guó)際首套300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)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(guó)具有了目前國(guó)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(chǔ)能電站。
山東肥城300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范項(xiàng)目全景。
儲(chǔ)能，就是把多余的電先存起來(lái)，需要的時(shí)候再拿出來(lái)，相當(dāng)于給電網(wǎng)安裝一臺(tái)大“充電寶”，使“靠天吃飯”的太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電都能穩(wěn)定、流暢地接入電網(wǎng)，存儲(chǔ)備用。
壓縮空氣儲(chǔ)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(zhǎng)、成本低，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。
與鋰電池、抽水蓄能等其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，壓縮空氣儲(chǔ)能非?！澳贻p”，在中國(guó)僅有10多年的開(kāi)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(méi)想到”。
三條標(biāo)準(zhǔn)選定一個(gè)研究方向
壓縮空氣儲(chǔ)能的概念起源較早，第一個(gè)專利于1949年在美國(guó)問(wèn)世。德國(guó)和美國(guó)分別于1978年和1991年建成壓縮空氣儲(chǔ)能電站，并運(yùn)行至今。雖然世界各國(guó)對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能都有布局，但并非熱門(mén)，真正將它發(fā)揚(yáng)光大的還是中國(guó)。
2004年，剛剛參加工作的中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所（以下簡(jiǎn)稱“工程熱物理所”）副研究員陳海生開(kāi)始思考未來(lái)的研究方向。他給自己定下3條標(biāo)準(zhǔn)：朝陽(yáng)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(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)是什么？
經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的調(diào)研分析，陳海生相中了儲(chǔ)能技術(shù)。這在當(dāng)時(shí)是極其冷門(mén)的方向。
那時(shí)，我國(guó)正處于火電“大干快上”的時(shí)代，再生能源裝機(jī)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(yáng)能和風(fēng)能會(huì)撼動(dòng)火力發(fā)電的主體地位，儲(chǔ)能也將由“冷”轉(zhuǎn)“熱”。
陳海生畫(huà)了一張表，縱坐標(biāo)是各種儲(chǔ)能技術(shù)，橫坐標(biāo)是創(chuàng)新性、技術(shù)成熟度、專業(yè)相關(guān)度等指標(biāo)，結(jié)果壓縮空氣儲(chǔ)能以5顆星領(lǐng)跑其他技術(shù)。
而當(dāng)時(shí)壓縮空氣儲(chǔ)能在中國(guó)僅有理論研究，沒(méi)有技術(shù)攻關(guān)，展現(xiàn)在他面前的是一片空白。
“中國(guó)科學(xué)院的使命是什么？創(chuàng)新為民?！标惡ＩX(jué)得，國(guó)家未來(lái)需要什么，得有人提前思考、提前攻關(guān)、提前實(shí)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(guò)去10年我國(guó)風(fēng)電和光伏裝機(jī)增長(zhǎng)了8倍，2023年風(fēng)電和光伏裝機(jī)更是歷史性超過(guò)火電，占比達(dá)50.4%，是全世界對(duì)儲(chǔ)能需求最強(qiáng)烈的國(guó)家。儲(chǔ)能不僅登上了能源發(fā)展的歷史舞臺(tái)，而且將扮演重要角色。
來(lái)一場(chǎng)徹底的創(chuàng)新
2005年，陳海生被公派去英國(guó)利茲大學(xué)訪學(xué)，這正是一次技術(shù)探索的好機(jī)會(huì)。
在英國(guó)，他和導(dǎo)師共同提出了液態(tài)空氣儲(chǔ)能的概念，很快得到英國(guó)政府和投資機(jī)構(gòu)600萬(wàn)英鎊的經(jīng)費(fèi)支持。為了完成這個(gè)項(xiàng)目，原本為期一年的訪問(wèn)變成了4年的正式工作。最終，他們?cè)?009年建成國(guó)際首套兆瓦級(jí)液態(tài)空氣儲(chǔ)能裝置。由于液態(tài)空氣的密度遠(yuǎn)大于氣態(tài)空氣，該系統(tǒng)解決了依賴大型儲(chǔ)氣洞穴的問(wèn)題，比傳統(tǒng)技術(shù)更為先進(jìn)。
有了這次試水，2009年回國(guó)后，陳海生立志發(fā)展比液態(tài)空氣更先進(jìn)的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。
當(dāng)時(shí)，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)存在效率不高的缺點(diǎn)。德、美兩國(guó)儲(chǔ)能電站的效率分別僅為42%、54%。也就是說(shuō)，存進(jìn)去1度電，只能放出來(lái)大約半度，另外半度在存、放的過(guò)程中被消耗了。而且，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能裝置必須依賴天然氣提供熱源。
這兩個(gè)缺點(diǎn)在油氣資源豐富的國(guó)家尚可接受，但放到“缺油少氣”的中國(guó)，無(wú)疑是致命短板。
要從根本上突破這兩大技術(shù)瓶頸、在中國(guó)走通壓縮空氣儲(chǔ)能這條路，顯然不能僅僅依靠跟蹤、模仿、改進(jìn)，必須來(lái)一場(chǎng)徹底的技術(shù)創(chuàng)新。而創(chuàng)新的底氣，源自我國(guó)科學(xué)家在動(dòng)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(chǔ)能系統(tǒng)基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，在用電低谷時(shí)，利用富余的電能將空氣壓縮并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣室中；在用電高峰時(shí)，釋放高壓空氣進(jìn)入燃燒室，同燃料一起燃燒，驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電。這相當(dāng)于讓燃?xì)廨啓C(jī)分時(shí)工作，儲(chǔ)能、釋能過(guò)程相互獨(dú)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(jī)械的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。工程熱物理所自1956年建所以來(lái)，在葉輪機(jī)械方面研究基礎(chǔ)深厚，創(chuàng)始人吳仲華先生是國(guó)際公認(rèn)的“葉輪機(jī)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(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)：在用電低谷時(shí)，用壓縮機(jī)取代燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣，同時(shí)回收壓縮熱；在用電高峰時(shí)，釋放儲(chǔ)存的熱量加熱高壓空氣，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
這一改進(jìn)不僅不使用額外的燃料，實(shí)現(xiàn)零排放，還將原先浪費(fèi)掉的壓縮熱能利用起來(lái)，儲(chǔ)能效率大幅提高，理論上可達(dá)70%以上。因地制宜，本土化的條件就此建立起來(lái)。
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(kāi)發(fā)，都沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。
敢不敢做“第一個(gè)吃螃蟹的人”？陳海生沒(méi)有猶豫：“我們一定要掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，哪怕多花幾年時(shí)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?！保ㄓ浾哧悮g歡）
（未完待續(xù)）
責(zé)任編輯：魏敏
