3月31日，中國科學(xué)院組織召開(kāi)“先進(jìn)壓縮空氣儲能系統理論研究與技術(shù)研發(fā)”成果鑒定會(huì )。 

    該成果鑒定委員會(huì )由來(lái)自科研院所、高校、行業(yè)協(xié)會(huì )、電力用戶(hù)等單位的業(yè)內專(zhuān)家組成，空軍裝備研究院甘曉華院士為鑒定委員會(huì )主任。中國科學(xué)院發(fā)展規劃局評估獎勵處劉曉東、科技促進(jìn)發(fā)展局高技術(shù)處副處長(cháng)付廣義、江麗霞副研究員，中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長(cháng)秦偉及主要成果完成人員等20余人參加會(huì )議。 

    付廣義對工程熱物理所在先進(jìn)壓縮空氣儲能系統理論研究與技術(shù)研發(fā)方面的突出成績(jì)表示肯定，并介紹鑒定委員會(huì )專(zhuān)家組成情況，對到場(chǎng)的各位專(zhuān)家表示衷心感謝和歡迎。秦偉代表研究所致辭，并簡(jiǎn)要介紹了成果背景。 

    甘曉華院士主持鑒定會(huì )議。工程熱物理所研究員陳海生做研究開(kāi)發(fā)總結報告。他從研究背景、技術(shù)原理、任務(wù)來(lái)源、性能指標、與國內外同類(lèi)技術(shù)比較成果的創(chuàng )造性和先進(jìn)性、推廣應用前景和措施等方面對研究成果進(jìn)行了全面匯報。鑒定委員會(huì )聽(tīng)取了研究開(kāi)發(fā)總結報告、科技查新報告和測試專(zhuān)家組的測試報告，并審查了相關(guān)資料。 

    鑒定意見(jiàn)認為，該項成果在先進(jìn)壓縮空氣儲能系統基礎理論研究方面取得了創(chuàng )新性成果，在國際上s*次提出了基于超臨界過(guò)程的先進(jìn)壓縮空氣儲能原理，并形成了系統設計方案，在超寬負荷壓縮機、多級高負荷膨脹機、高效蓄熱（冷）換熱器、系統集成與控制等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破；建成了國際s*套1.5 MW級超臨界壓縮空氣儲能系統的集成實(shí)驗系統，并完成了600小時(shí)的試驗運行和性能測試；已申請國內外專(zhuān)利76項（包括國際專(zhuān)利6項），已獲授權38項（其中日本專(zhuān)利1項），建立了集基礎理論、關(guān)鍵技術(shù)、部件研制、系統集成及優(yōu)化為一體的先進(jìn)壓縮空氣儲能系統研發(fā)與設計體系。 

    鑒定委員會(huì )經(jīng)過(guò)討論，一致同意“先進(jìn)壓縮空氣儲能系統理論研究與技術(shù)研發(fā)”通過(guò)鑒定。鑒定委員會(huì )認為：“該成果在先進(jìn)壓縮空氣儲能系統基礎理論、關(guān)鍵技術(shù)、部件研制、系統集成及優(yōu)化方面取得了創(chuàng )新性成果；提出了基于超臨界過(guò)程的先進(jìn)壓縮空氣儲能系統工作原理和理論方法，建立了具有原始創(chuàng )新性的研發(fā)設計體系；建成了國際s*套1.5 MW級先進(jìn)壓縮空氣儲能示范系統。該項成果是我國壓縮空氣儲能技術(shù)領(lǐng)域的一項重要突破，處于國際領(lǐng)先水平。該項成果對于可再生能源大規模利用、電力系統削峰填谷和發(fā)展區域能源系統等具有重要意義”。 

 

“先進(jìn)壓縮空氣儲能系統理論研究與技術(shù)研發(fā)”成果通過(guò)鑒定

 

 

 

中國壓縮空氣儲能有望后來(lái)居上

《科學(xué)時(shí)報》 (2011-04-11 B3 技術(shù))

    根據2008年的數據，抽水蓄能在國際儲能市場(chǎng)中容量z*大，占總裝機容量的99%；排名第二的是壓縮空氣儲能，占0.5%；剩下包括各種電池在內的所有其他形式占0.5%。

    除了抽水蓄能的“霸主”地位無(wú)法撼動(dòng)，z*有希望實(shí)現大幅增長(cháng)的就是壓縮空氣儲能。

    今年3月，在接受《科學(xué)時(shí)報》記者采訪(fǎng)時(shí)，中科院工程熱物理所研究員陳海生指出，一旦目前世界上在建的6吉瓦電站建成，壓縮空氣儲能在總儲能裝機容量中的比例將迅速提高到3%~5%。

    在各種儲能技術(shù)中，抽水蓄能在規模上z*大，達到上千兆瓦，技術(shù)也z*成熟；壓縮空氣儲能次之，單機規模在百兆瓦級別；化學(xué)儲能規模較小，單機規模一般在兆瓦級別或更小。

    實(shí)際上，為了輸出西北豐富的風(fēng)能資源，我國一直迫切需要配備大規模的儲能裝置。但很多地區并不具備建設抽水蓄能電站的自然條件，這就需要其他的儲能手段。

    然而，在國外已是成熟技術(shù)的壓縮空氣儲能在我國卻頗為陌生，不僅幾乎沒(méi)有產(chǎn)業(yè)基礎，甚至連理論研究都不多。

    究其原因，是壓縮空氣儲能自身的技術(shù)特性使得其在我國很難推廣。陳海生更是直言不諱：如果固有的“硬傷”無(wú)法克服，壓縮空氣儲能在中國只有死路一條。

    而記者在采訪(fǎng)中了解到，工程熱物理所剛剛啟動(dòng)示范的創(chuàng )新型壓縮空氣儲能裝置，在設計上有別于現有的傳統裝置，力圖克服原有缺陷，打造適合中國國情的新型壓縮空氣儲能電站。

    優(yōu)點(diǎn)：大規模儲能的理想解決方案

    壓縮空氣儲能的兩大優(yōu)勢使其成為一種重要的儲能手段。s*先，壓縮空氣儲能在規模上僅次于抽水蓄能，如德國一座電站的規模達到290兆瓦。其次，技術(shù)成熟，已經(jīng)實(shí)現大規模商業(yè)化應用。

    之所以說(shuō)其技術(shù)成熟，主要是由于壓縮空氣儲能是一種基于燃氣輪機的儲能技術(shù)。只不過(guò)，壓縮空氣儲能的原理是將燃氣輪機的壓縮機和透平分開(kāi)，在儲能時(shí)，用電能將空氣壓縮并存于儲氣室中；在釋能時(shí)，高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃燒室膨脹做功發(fā)電。

    “實(shí)際就是讓壓縮機和透平分時(shí)工作，從而起到調峰的作用。”陳海生解釋說(shuō)。

    1949年，壓縮空氣儲能的第一個(gè)專(zhuān)利在美國問(wèn)世。1978年，第一臺商業(yè)運行的壓縮空氣儲能機組在德國誕生。

    由于技術(shù)成熟、規模較大，壓縮空氣儲能的成本較低，大約為3000～5000元/千瓦，是成本z*低的一種儲能方式。而且壽命長(cháng)，通過(guò)維護可以達到40～50年，接近抽水蓄能的50年。壓縮空氣儲能的響應時(shí)間和抽水蓄能也接近，啟動(dòng)時(shí)間約5~10分鐘，比電池、電容、飛輪儲能響應時(shí)間慢。但容量更大，單機容量在100~300兆瓦，小型的也可做到10兆瓦。

    未來(lái)完善的儲能系統要多種儲能方式相配合。如電池、電容、超導、飛輪等主要用于提高電網(wǎng)質(zhì)量，防止發(fā)生突然斷電。而壓縮空氣儲能和抽水蓄能主要用于削峰填谷和電能管理——通過(guò)峰谷電價(jià)獲利，也可用于容量型的備用電源。

    陳海生特別指出，壓縮空氣儲能適合用于大規模風(fēng)場(chǎng)，因為兩者有天然的結合優(yōu)勢：風(fēng)能產(chǎn)生的機械功可以直接驅動(dòng)壓縮機旋轉，減少了中間轉換成電的環(huán)節，從而提高效率。據悉，國外有類(lèi)似示范電站在建。

    “但壓縮空氣儲能比較適用于大規模儲能，比如適用于一座風(fēng)場(chǎng)，而不是一臺風(fēng)機。”陳海生強調。

    “如果技術(shù)、資金和國家政策三方面都到位的話(huà)，壓縮空氣儲能在我國將會(huì )快速發(fā)展，和國外接近，將占整個(gè)國家儲能總裝機的3%~5%。”陳海生估計。

    限制：三大硬傷制約中國發(fā)展

    目前國際上已有兩座長(cháng)時(shí)間運行的壓縮空氣儲能電站，分別位于德國和美國。

    美國在建的壓縮空氣儲能電站達到6吉瓦。其中，俄亥俄州Norton從2001年起開(kāi)始建一座2700兆瓦的大型壓縮空氣儲能商業(yè)電站。愛(ài)荷華州的壓縮空氣儲能電站也正在規劃建設中，它是世界上z*大風(fēng)電場(chǎng)的組成部分，該風(fēng)電場(chǎng)的總發(fā)電能力將達到3000兆瓦。該壓縮空氣儲能系統將能夠在2~300兆瓦范圍內工作，從而使風(fēng)電場(chǎng)在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下仍能正常工作。

    另外，日本、意大利、以色列等國也分別有壓縮空氣儲能電站正在建設。而俄羅斯、法國、南非、盧森堡、韓國、英國也都有實(shí)驗室研究。

    不過(guò)，我國起步較晚，還沒(méi)有實(shí)際運行的壓縮空氣儲能電站。

    陳海生總結道，基于燃氣輪機的特性導致壓縮空氣儲能技術(shù)在我國難以推廣，主要有三大制約因素。

    s*先，我國并未掌握燃氣輪機的核心技術(shù)，一直以來(lái)依賴(lài)進(jìn)口，且燃氣輪機屬于發(fā)達國家嚴格保密的技術(shù)。其次，燃氣輪機必須燒油燒氣，而我國是一個(gè)缺油少氣的國家，經(jīng)濟效益大打折扣。第三，需要大容量的儲氣裝置。

    一個(gè)100兆瓦的儲能電站需要10萬(wàn)立方米的儲氣裝置。這使得壓縮空氣儲能電站的應用大受限制。

    陳海生介紹，目前已經(jīng)運行的電站都是采用廢棄的天然礦洞、巖洞，特別是鹽洞的氣密性好，z*為合適。而如果沒(méi)有合適的天然洞穴，需要人工改造或者建造儲氣罐的話(huà)，成本將大大增加。美國就是由于天然的鹽洞特別多，而且分布均勻，因此壓縮空氣儲能發(fā)展z*好。

    而在國內，有關(guān)專(zhuān)家在湖北、青海、內蒙古、甘肅等地進(jìn)行過(guò)地質(zhì)調查，暫時(shí)沒(méi)有找到合適的天然洞穴。

    “這就是我國發(fā)展壓縮空氣儲能的幾個(gè)致命問(wèn)題。”陳海生說(shuō)，“另外我們一直沒(méi)有重視，技術(shù)儲備不夠。”

    直到2009年，儲能才在我國成為研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。“我2005年在英國時(shí)開(kāi)始從事儲能研究，2007年回國時(shí)，國內有的專(zhuān)家還覺(jué)得我的研究太冷門(mén)了。”陳海生回憶說(shuō)。

    目前，國內第一個(gè)兆瓦級示范裝置剛剛在工程熱物理所開(kāi)工建設，預計3年建成。此外，華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、華東科技大學(xué)等也開(kāi)展了相關(guān)研究工作，但主要集中在理論研究和小型實(shí)驗層面。

    “美國1999年就開(kāi)始大規模搞儲能研究，有了國家級研究計劃，英國是2004年，澳大利亞是2005年。我國前面的基礎研究和關(guān)鍵技術(shù)都需要突破，不管是產(chǎn)業(yè)界還是學(xué)術(shù)界，都需要補課，需要耐心。”陳海生形象地比喻：“前面6張餅沒(méi)吃，直接吃第7張餅，肯定吃不飽。”

    呼吁：技術(shù)、資金、政策一個(gè)也不能少

    燃氣輪機技術(shù)的缺失，已經(jīng)致使我國在發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機時(shí)處處受制于人。

    在發(fā)展壓縮空氣儲能時(shí)，作為項目負責人的陳海生表示：“我們執拗的一個(gè)目標就是一定要掌握自主知識產(chǎn)權。哪怕多花幾年的時(shí)間，也一定要掌握核心技術(shù)，不能總是落后。”

    今年2月，工程熱物理所成立了燃氣輪機實(shí)驗室。此舉力爭突破葉輪機械的技術(shù)難關(guān)，工程熱物理所所長(cháng)秦偉表示。

    為解決常規壓縮空氣儲能系統面臨的主要問(wèn)題，從2007年起，工程熱物理所和英國高瞻公司、英國利茲大學(xué)等單位共同開(kāi)發(fā)了液化空氣儲能系統。由于液態(tài)空氣的密度遠大于氣態(tài)空氣的密度，該系統不需要大型儲氣室。目前2兆瓦級液態(tài)空氣儲能系統已在英國示范運行。

    不過(guò)，雖然陳海生是該技術(shù)專(zhuān)利的第一發(fā)明人，但由于所有研發(fā)經(jīng)費均由高瞻公司支持，知識產(chǎn)權歸其所有。

    為了掌握自主知識產(chǎn)權的儲能系統，2009年，工程熱物理所在國際上s*次提出并開(kāi)始研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權的超臨界壓縮空氣儲能系統，該技術(shù)利用超臨界狀態(tài)下空氣的特殊性質(zhì)，綜合了常規壓縮空氣儲能系統和液化空氣儲能系統優(yōu)點(diǎn)，具有儲能規模大、效率高、投資成本低、能量密度高、不需要大的儲存裝置等優(yōu)點(diǎn)。

    目前，15千瓦超臨界壓縮空氣儲能實(shí)驗系統已基本建成，1.5兆瓦示范系統開(kāi)始建設。

    據悉，這套技術(shù)一旦獲得成功，將使我國的壓縮空氣儲能技術(shù)后來(lái)居上，并掃清其在我國發(fā)展的障礙。

    秦偉預測，如果國家政策支持，企業(yè)投入，該自主技術(shù)將在5年內實(shí)現商用。

    記者了解到，我國能源主管部門(mén)和幾大電力企業(yè)已經(jīng)看到壓縮空氣儲能的前景，將其列入發(fā)展規劃。很多企業(yè)也對此表示了強烈興趣。陳海生表示，在示范起步之后將會(huì )考慮同企業(yè)合作。

    不過(guò)，陳海生認為，比企業(yè)投入更重要的是國家的產(chǎn)業(yè)政策。

    任何儲能方式的儲能過(guò)程都是要損失能量的。具體到壓縮空氣儲能來(lái)說(shuō)，其效率一般不高于75%。因此陳海生認為，要保證壓縮空氣儲能電站不虧損，至少需要抽水蓄能電站的容量電價(jià)、電量電價(jià)政策。

    另外，國家對新能源發(fā)電和新能源汽車(chē)都給予了一定的補貼政策，但對儲能技術(shù)卻未有相關(guān)政策出臺。而美國已于2010年正式通過(guò)了《儲能法案》，其中對儲能技術(shù)提出了明確的補貼標準。

    “未來(lái)，儲能裝機預計要達到電網(wǎng)裝機容量的10%，現在只有1%，我估計這個(gè)產(chǎn)業(yè)規模能達到5000億~1萬(wàn)億元。要實(shí)現這么大規模的發(fā)展必須有國家政策支持。”陳海生指出。

來(lái)源：中科院工程熱物理研究所