液態(tài)空氣儲能設(shè)備再突破，國內(nèi)建成全球最大規(guī)模項目

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）當(dāng)前儲能技術(shù)上涵蓋了多種類型，主要可以分為物理儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能三大類。并且依托廣大的市場，國內(nèi)的儲能技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，不同類型的儲能技術(shù)根據(jù)其特點和技術(shù)成熟度，在不同的領(lǐng)域得到了不同程度的發(fā)展，壓縮空氣儲能便是其中重要一環(huán)。

國內(nèi)的壓縮空氣儲能技術(shù)不斷進(jìn)步，包括傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能、先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能（AA-CAES）、超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)（SC-CAES）和液態(tài)壓縮空氣（LAES）。近期國內(nèi)液態(tài)空氣儲能技術(shù)實現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備的新突破，填補(bǔ)了大規(guī)模長時間儲能技術(shù)的國際空白。

液態(tài)空氣儲能關(guān)鍵設(shè)備實現(xiàn)新突破

今年6月份，在青海省海西蒙古族藏族自治州格爾木市，全球規(guī)模最大的液態(tài)空氣儲能示范項目正在緊張施工中，預(yù)計年底投產(chǎn)。按照計劃，該新型儲能項目建設(shè)規(guī)模為60MW/600MWh，總投資約15.68億元，配建25萬千瓦光伏，建成后將成為全球規(guī)模最大的液態(tài)空氣儲能示范項目。

近期，該項目已經(jīng)順利完成主要建設(shè)及設(shè)備基礎(chǔ)全部出零米任務(wù)，正式由土建施工階段轉(zhuǎn)入核心設(shè)備安裝階段。

所謂液態(tài)空氣儲能，就是將空氣壓縮成液態(tài)并進(jìn)行存儲，以實現(xiàn)電能的存儲和管理。其工作原理是通過電能與高壓低溫空氣內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)。在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期，利用電能不斷地從空氣中取走熱量而使其降溫，當(dāng)降到冷凝溫度81.5開以下時，開始出現(xiàn)液態(tài)空氣；再繼續(xù)取走熱量，使體系的溫度進(jìn)一步降低，直到空氣全部液化后儲存在高壓儲氣容器中。

相比傳統(tǒng)的電池儲能，液態(tài)空氣儲能不需要使用稀有材料，制造成本相對較低，因為所需的設(shè)備相對簡單。此外，液態(tài)空氣儲能的儲能密度是壓縮空氣儲能的10-40倍，可以在較小的容器中儲存更多的能量。并且LAES系統(tǒng)不僅能供電，還能供應(yīng)生活熱水或冬季采暖，夏季供冷，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)化。

當(dāng)然，LAES也存在著一些挑戰(zhàn)，比如往返效率較低，大型系統(tǒng)的往返效率約為50%-60%。此外，LAES系統(tǒng)對設(shè)備材料的要求較高，需要在極低溫度下穩(wěn)定運行。

值得一提的是，項目采用了新一代壓縮空氣儲能技術(shù)，基于低溫空氣液化和蓄冷技術(shù)，將電能以常壓、低溫、高密度的液化空氣形式存儲，解決了空氣存儲和恒壓釋放的問題，具有可實現(xiàn)大規(guī)模長時儲能、清潔低碳、安全、長壽命和不受地理條件限制的突出優(yōu)點。與傳統(tǒng)儲能技術(shù)相比，具有更小的占地面積、更大的儲能密度和更靈活的應(yīng)用場景。

此外，該項目的壓縮模塊關(guān)鍵設(shè)備離心壓縮機(jī)組順利下線。該機(jī)組是世界首臺套、全球最大規(guī)模水平剖分式離心壓縮機(jī)組，該機(jī)組首段壓縮機(jī)葉輪最大直徑達(dá)到2米，整機(jī)重量超過300噸。

更重要的是，這一機(jī)組通過改善軸向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，壓縮機(jī)效率提高了2%-3%；應(yīng)用先進(jìn)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了整機(jī)一鍵快速啟停；應(yīng)用機(jī)組壽命優(yōu)化技術(shù)，確保了機(jī)組的長期穩(wěn)定運行。據(jù)介紹，該機(jī)組抗疲勞特性能夠保障機(jī)組經(jīng)受至少20000次啟停，并擁有至少30年的使用壽命。

液態(tài)空氣儲能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

與化學(xué)電池儲能相比，LAES使用空氣作為介質(zhì)，不產(chǎn)生污染物，是一種清潔的儲能方式，有助于減少碳排放。并且設(shè)計上更為安全，沒有爆炸或泄漏的風(fēng)險，且設(shè)備的使用壽命較長。更不依賴特殊的地理條件，如地下鹽穴或礦井，因此可以在更多地區(qū)應(yīng)用。

更重要的是LAES技術(shù)可以存儲大量的能量，并且能夠長時間保持這種儲存狀態(tài)，這對于可再生能源的間歇性和不穩(wěn)定性是一個有效的解決方案。

原理上，儲能階段，系統(tǒng)利用可再生能源或低谷電驅(qū)動壓縮機(jī)壓縮空氣，然后通過蓄冷器預(yù)冷并液化，存儲電能和壓縮熱。釋能階段，液態(tài)空氣通過低溫泵增壓、蓄冷器儲存冷量并氣化，再通過加熱產(chǎn)生高壓高溫氣體，驅(qū)動透平旋轉(zhuǎn)做功，發(fā)電并網(wǎng)。

但LAES存在著一些問題，其能量轉(zhuǎn)換效率相對較低。這是因為液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換過程涉及到了空氣的壓縮、冷卻、液化、儲存、再汽化以及膨脹做功等多個步驟，每個步驟都會帶來一定的能量損失。

具體來說，液態(tài)空氣儲能的能量轉(zhuǎn)換效率通常在40%到60%之間。如果想要系統(tǒng)設(shè)計得更加高效，或者使用了先進(jìn)的絕熱材料和技術(shù)，那么能量轉(zhuǎn)換效率可能會更高一些。

2017年，中科院理化所團(tuán)隊在廊坊中試基地完成了100kW低溫液態(tài)空氣儲能示范平臺的建設(shè)，取得了良好的實驗結(jié)果，蓄冷效率達(dá)到了90%，系統(tǒng)整體效率可達(dá)60%，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

其中低溫蓄冷技術(shù)是液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)的核心，決定系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化率。依托低溫蓄冷技術(shù)可以存儲液態(tài)空氣復(fù)溫過程中產(chǎn)生的高品位冷能，可以用于預(yù)冷液化系統(tǒng)中的高壓空氣，大幅增加了空氣液化率。

到了2020年，團(tuán)隊搭建了500kW級固相蓄冷工程驗證平臺，可實現(xiàn)大功率模塊化串、并聯(lián)蓄冷；搭建了100kW級混合工質(zhì)蓄冷工程驗證平臺，可實現(xiàn)多種蓄冷工質(zhì)的低溫蓄冷實驗，并完成了-160℃溫區(qū)的混合工質(zhì)測試。

但在實際的商業(yè)化應(yīng)用中，能量轉(zhuǎn)換效率可能會低于實驗室條件下的效率，因為實際應(yīng)用需要考慮更多的工程和經(jīng)濟(jì)因素，這需要對方法進(jìn)一步改善。

從市場來看，據(jù)2023年的數(shù)據(jù)，全球壓縮空氣儲能累計裝機(jī)容量約為2527.3MW，項目主要集中在美國、英國和中國等國家。截至2024年3月，國內(nèi)已簽約或開工建設(shè)的壓縮空氣儲能項目共計25個，累計儲能裝機(jī)規(guī)模達(dá)到8.8GW。

有研究機(jī)構(gòu)預(yù)計，到2027年中國投運的壓縮空氣儲能累計裝機(jī)容量將達(dá)到5.8GW，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｒ簯B(tài)空氣儲能系統(tǒng)的核心設(shè)備包括壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和換熱器等。國內(nèi)企業(yè)如沈鼓集團(tuán)此次在壓縮機(jī)組的研發(fā)和生產(chǎn)上取得了顯著突破，為LAES項目的建設(shè)提供了關(guān)鍵支撐。此外，國內(nèi)如華能集團(tuán)、大唐集團(tuán)和國家能源集團(tuán)等，積極投資和運營液態(tài)空氣儲能項目，推動了行業(yè)的快速發(fā)展。

小結(jié)

液態(tài)空氣儲能技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在多種儲能技術(shù)中脫穎而出，盡管目前仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)，但其廣泛的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力使其成為未來能源領(lǐng)域的重要研究方向。不過隨著國內(nèi)液態(tài)空氣儲能設(shè)備及技術(shù)上的突破，有望加速該產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。