相比于電池等儲能手段，依托綠色低碳無污染可再生能源的儲能技術往往更受青睞。在這一背景下，空氣液化儲能作為一種高潛力的清潔能源儲存技術正在興起。

 

文/《環球》雜志記者 毛振華

 

編輯/馬瓊

 

　　
能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。千百年來，如何將能源有效儲存起來，以備日常所需，一直是人類孜孜以求的目標。隨著近幾年世界各國開始確立低碳發展方向，全球能源體系紛紛將目光投向可再生能源。

 

　　
不過，可再生能源大都依賴自然環境，存在不穩定性、不確定性。因此，大力發展可靠、高效的儲能技術成為大勢所趨。最近，部分國家加快了推動空氣液化儲能的商業化步伐，讓人們看到了儲能技術低碳進階的希望。

 

新型儲能技術商業化探索

 

　　
儲能技術是能源轉型的關鍵支撐技術。于近日舉行的第一屆全國先進儲能技術創新挑戰賽新聞發布會上，工業和信息化部產業發展促進中心主任沙南生指出，隨著我國可再生能源、智能電網、電動汽車等產業發展，儲能的重要性日益凸顯，已成為未來電力行業“源網荷儲”一體化發展不可或缺的一環。

相比于電池等儲能手段，依托綠色低碳無污染可再生能源的儲能技術往往更受青睞。在這一背景下，空氣液化儲能作為一種高潛力的清潔能源儲存技術正在興起。

 

　　
據外媒報道，日本住友重機械工業出資的英國初創企業，將于2024年把首座儲能設施投入使用。該設施將利用可再生能源把空氣變成液態，發電時再將其變回氣態，從而帶動渦輪機工作。該設備壽命長，費用最多可比蓄電池縮減6成。隨著該技術的商業化，清潔儲能正加快從夢想照進現實。

 

　　
據業內人士透露，空氣液化儲能技術受到關注已久。日本早年就已積極開展這項技術研究，如三菱公司、日立公司等就是其中的代表。近幾年，英國公司及研究機構開展進一步探索并加快商業化步伐，再加之國際社會對能源低碳化的追求，讓這項技術距離人們的生活越來越近。

 

　　
從常規原理上來看，在電網負荷低谷期，將電能用于壓縮空氣，將液化空氣高壓密封在報廢礦井、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網負荷高峰期釋放壓縮的空氣推動汽輪機發電，從而達到儲能的目標。

 

　　
這種儲能技術的優勢顯而易見，具有規模大、周期長等優勢，是極具發展潛力的大規模儲能技術。當然，其儲能效率與整個系統能量能否被充分利用息息相關。為提高空氣液化儲能系統的效率，就需要選擇合適的儲能裝置，盡量減少裝置運轉過程中不必要的能量損失。

 

能源再利用迎來新機遇

 

　　
中國國際發展知識中心發布的首期《全球發展報告》指出，綠色轉型提供全球可持續發展的新機遇。截至今年5月，127個國家已經提出或準備提出碳中和目標，覆蓋全球GDP的90%、總人口的85%、碳排放的88%。空氣液化儲能技術與全球低碳發展、綠色轉型同頻共振，前景可期。

 

　　
空氣液化儲能的過程帶有深深的低碳烙印。空氣液化過程中產生的廢熱，可用于電力恢復過程中加熱液態空氣，使能量得到充分利用。液化過程用于加熱液態空氣的熱量，也可以是環境中的熱量和工業中產生的廢熱。同理，還可以將液態空氣氣化產生的冷量，應用于儲能過程中對氣態的空氣進行預冷，同樣可以提高空氣液化儲能系統的效率。

 

　　
相關研究認為，在現實社會生活中，空氣液化儲能技術有著廣泛的應用場景。

 

　　
譬如在家庭供暖中，可以設想，冬天時壓縮并液化空氣，將釋放出的熱能用于供暖，并將液態空氣儲存起來。到了夏天，再利用液態空氣進行供冷，吸收夏天的熱，同時利用液態空氣的氣化膨脹驅動發電機發電，實現將液態空氣中儲存的能量轉換為電能。

 

　　
這種方式實現了熱量在冬天和夏天的轉移，能夠大幅減少供暖和供冷過程中的燃料或電力消耗。特別是在規模化集中供冷供熱的背景下，能夠產生巨大的經濟效益和減排效果。即便空氣液化釋放的熱量以及氣化所吸收的冷量不足以滿足供暖和供冷的需求，也可以通過燃煤、天然氣、電力等進行補充和調節，社會效益依然顯著。

 

　　
沿著這項技術延伸思考，高能耗又有降溫需求的數據中心，同樣將是空氣液化儲能技術的有效用武之地。數據中心在耗電的同時，會產生大量的熱，如果能夠將數據中心的散熱系統改造為可以利用液態空氣的系統，則能夠在獲得更好的散熱效果的同時，實現充分利用數據中心產生的熱量加熱液態空氣進行發電。

 

　　
除此之外，超導輸電、發動機、超導計算機等領域，只要空氣液化儲能技術足夠成熟，同樣可以大膽融合，改變過去能源的自然流失和浪費現象，有效利用火電廠、鋼鐵廠等釋放的大量熱量，集中起來實現規模化應用，逐漸改變人們對化石能源的依賴。

 

發展新型儲能技術箭在弦上

 

　　
如果說空氣液化開啟了儲能技術的新路徑，那么由此釋放出的更多新型儲能技術，則給人類的綠色可持續發展帶來新希望。

 

　　
其實，當前儲能方式主要分為兩類，一類是化學儲能，一類是物理儲能。化學儲能主要包括鋰電池、鉛酸電池、鈉離子電池等。在物理儲能中，除空氣液化儲能外，代表性的還有抽水儲能、飛輪儲能等。以抽水儲能為例，它指的是在電力負荷低谷期將水從下池水庫抽到上池水庫，將電能轉化成重力勢能儲存起來，在電網負荷高峰期再通過釋放上池水庫中的水來發電。

 

　　
我國的抽水儲能技術發展相對成熟，并且其成本要遠低于其他儲能方式。2021年4月30日，國家發展改革委《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》明確，落實新出臺的抽水蓄能價格機制，建立新型儲能價格機制，推動新能源及相關儲能產業發展。抽水儲能也是當前為數不多大規模運用于電力系統的儲能技術。

 

　　
飛輪儲能指的則是用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化成機械能儲存起來，在需要時飛輪帶動發電機發電。飛輪系統運行于真空度較高的環境中，適用于電網調頻和電能質量保障。飛輪儲能在全球和國內儲能市場領域還屬于小眾技術。

 

　　
放眼未來，加快發展應用高效清潔的儲能技術已顯得必要且緊迫。到2025年，整個電力系統形態、運行特性將發生一系列重大變化，解決好大規模新能源并網帶來的多重挑戰則是制勝未來的關鍵。通過儲能，能夠平抑大規模清潔能源發電接入電網帶來的波動性，提高電網運行的安全性、經濟性和靈活性。

 

　　
國網天津電力相關負責人表示，儲能作為新能源的“穩定器”、電力系統的“充電寶”、能源供應的“蓄水池”，必將成為新能源發展的“剛需品”，在這場世紀競跑中發揮著極其重要的保障作用。

 

　　
國內多地已著手探索推進儲能項目。“十四五”期間，浙江省力爭實現200萬千瓦左右新型儲能示范項目發展目標；在山東濟南，我國首座百兆瓦級分散控制儲能電站正式投運。它每次可充21.2萬度電，能夠滿足1000戶家庭一個月的使用電量；來自河北省發展改革委的消息顯示，2021年12月31日，國際首套百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目送電成功，標志著該項目順利實現并網，正式進入系統帶電調試階段。

 

　　
中國能源研究會儲能專委會主任陳海生認為，當前我國儲能總體裝機接近系統電力總裝機的2%，距離市場需求還有巨大的空間。國家發展改革委、國家能源局發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》提出，到2025年，實現新型儲能從商業化初期向規模化發展轉變，裝機規模達3000萬千瓦以上。到2030年，實現新型儲能全面市場化發展。

 

　　
盡管新型儲能技術前景廣、環境友好，但在國內還處在發展初期，在行業管理、市場機制等方面仍存在短板和空白，亟待多措并舉，加快產業化步伐，形成完備的產業鏈條，真正讓好技術擁有好前景，服務于人類美好生活愿景。

 

來源：2022年11月2日出版的《環球》雜志 第22期

 

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