中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。千百年來(lái)，如何將能源有效儲(chǔ)存起來(lái)，以備日常所需，一直是人類孜孜以求的目標(biāo)。隨著近幾年世界各國(guó)開始確立低碳發(fā)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(huán)境，存在不穩(wěn)定性、不確定性。因此，大力發(fā)展可靠、高效的儲(chǔ)能技術(shù)成為大勢(shì)所趨。最近，部分國(guó)家加快了推動(dòng)空氣液化儲(chǔ)能的商業(yè)化步伐，讓人們看到了儲(chǔ)能技術(shù)低碳進(jìn)階的希望。
圖片9月24日，國(guó)網(wǎng)平山縣供電公司的工人在平山縣營(yíng)里鄉(xiāng)桃園10千伏儲(chǔ)能站巡查 楊世堯攝/本刊
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新型儲(chǔ)能技術(shù)商業(yè)化探索
儲(chǔ)能技術(shù)是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐技術(shù)。于近日舉行的第一屆全國(guó)先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽新聞發(fā)布會(huì)上，工業(yè)和信息化部產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)中心主任沙南生指出，隨著我國(guó)可再生能源、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，儲(chǔ)能的重要性日益凸顯，已成為未來(lái)電力行業(yè)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化發(fā)展不可或缺的一環(huán)。
相比于電池等儲(chǔ)能手段，依托綠色低碳無(wú)污染可再生能源的儲(chǔ)能技術(shù)往往更受青睞。在這一背景下，空氣液化儲(chǔ)能作為一種高潛力的清潔能源儲(chǔ)存技術(shù)正在興起。
據(jù)外媒報(bào)道，日本住友重機(jī)械工業(yè)出資的英國(guó)初創(chuàng)企業(yè)，將于2024年把首座儲(chǔ)能設(shè)施投入使用。該設(shè)施將利用可再生能源把空氣變成液態(tài)，發(fā)電時(shí)再將其變回氣態(tài)，從而帶動(dòng)渦輪機(jī)工作。該設(shè)備壽命長(zhǎng)，費(fèi)用最多可比蓄電池縮減6成。隨著該技術(shù)的商業(yè)化，清潔儲(chǔ)能正加快從夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，空氣液化儲(chǔ)能技術(shù)受到關(guān)注已久。日本早年就已積極開展這項(xiàng)技術(shù)研究，如三菱公司、日立公司等就是其中的代表。近幾年，英國(guó)公司及研究機(jī)構(gòu)開展進(jìn)一步探索并加快商業(yè)化步伐，再加之國(guó)際社會(huì)對(duì)能源低碳化的追求，讓這項(xiàng)技術(shù)距離人們的生活越來(lái)越近。
從常規(guī)原理上來(lái)看，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期，將電能用于壓縮空氣，將液化空氣高壓密封在報(bào)廢礦井、山洞、過期油氣井或新建儲(chǔ)氣井中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮的空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，從而達(dá)到儲(chǔ)能的目標(biāo)。
這種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯而易見，具有規(guī)模大、周期長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。當(dāng)然，其儲(chǔ)能效率與整個(gè)系統(tǒng)能量能否被充分利用息息相關(guān)。為提高空氣液化儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，就需要選擇合適的儲(chǔ)能裝置，盡量減少裝置運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不必要的能量損失。
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能源再利用迎來(lái)新機(jī)遇
中國(guó)國(guó)際發(fā)展知識(shí)中心發(fā)布的首期《全球發(fā)展報(bào)告》指出，綠色轉(zhuǎn)型提供全球可持續(xù)發(fā)展的新機(jī)遇。截至今年5月，127個(gè)國(guó)家已經(jīng)提出或準(zhǔn)備提出碳中和目標(biāo)，覆蓋全球GDP的90%、總?cè)丝诘?5%、碳排放的88%。空氣液化儲(chǔ)能技術(shù)與全球低碳發(fā)展、綠色轉(zhuǎn)型同頻共振，前景可期。
空氣液化儲(chǔ)能的過程帶有深深的低碳烙印?？諝庖夯^程中產(chǎn)生的廢熱，可用于電力恢復(fù)過程中加熱液態(tài)空氣，使能量得到充分利用。液化過程用于加熱液態(tài)空氣的熱量，也可以是環(huán)境中的熱量和工業(yè)中產(chǎn)生的廢熱。同理，還可以將液態(tài)空氣氣化產(chǎn)生的冷量，應(yīng)用于儲(chǔ)能過程中對(duì)氣態(tài)的空氣進(jìn)行預(yù)冷，同樣可以提高空氣液化儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率。
相關(guān)研究認(rèn)為，在現(xiàn)實(shí)社會(huì)生活中，空氣液化儲(chǔ)能技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
譬如在家庭供暖中，可以設(shè)想，冬天時(shí)壓縮并液化空氣，將釋放出的熱能用于供暖，并將液態(tài)空氣儲(chǔ)存起來(lái)。到了夏天，再利用液態(tài)空氣進(jìn)行供冷，吸收夏天的熱，同時(shí)利用液態(tài)空氣的氣化膨脹驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)將液態(tài)空氣中儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)換為電能。
這種方式實(shí)現(xiàn)了熱量在冬天和夏天的轉(zhuǎn)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(guī)?；泄├涔岬谋尘跋?，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)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(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)節(jié)，社會(huì)效益依然顯著。
沿著這項(xiàng)技術(shù)延伸思考，高能耗又有降溫需求的數(shù)據(jù)中心，同樣將是空氣液化儲(chǔ)能技術(shù)的有效用武之地。數(shù)據(jù)中心在耗電的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果能夠?qū)?shù)據(jù)中心的散熱系統(tǒng)改造為可以利用液態(tài)空氣的系統(tǒng)，則能夠在獲得更好的散熱效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)充分利用數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的熱量加熱液態(tài)空氣進(jìn)行發(fā)電。
圖片7月26日，工人在施工工地深層取芯，勘探地下地質(zhì)條件。當(dāng)日，中國(guó)能建與國(guó)家電網(wǎng)共同投資的我國(guó)首臺(tái)(套)300 兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能示范工程，在湖北省應(yīng)城市舉行開工儀式 伍志尊攝/本刊
除此之外，超導(dǎo)輸電、發(fā)動(dòng)機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，只要空氣液化儲(chǔ)能技術(shù)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(fèi)現(xiàn)象，有效利用火電廠、鋼鐵廠等釋放的大量熱量，集中起來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，逐漸改變?nèi)藗儗?duì)化石能源的依賴。
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發(fā)展新型儲(chǔ)能技術(shù)箭在弦上
如果說(shuō)空氣液化開啟了儲(chǔ)能技術(shù)的新路徑，那么由此釋放出的更多新型儲(chǔ)能技術(shù)，則給人類的綠色可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)新希望。
其實(shí)，當(dāng)前儲(chǔ)能方式主要分為兩類，一類是化學(xué)儲(chǔ)能，一類是物理儲(chǔ)能?；瘜W(xué)儲(chǔ)能主要包括鋰電池、鉛酸電池、鈉離子電池等。在物理儲(chǔ)能中，除空氣液化儲(chǔ)能外，代表性的還有抽水儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等。以抽水儲(chǔ)能為例，它指的是在電力負(fù)荷低谷期將水從下池水庫(kù)抽到上池水庫(kù)，將電能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期再通過釋放上池水庫(kù)中的水來(lái)發(fā)電。
我國(guó)的抽水儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，并且其成本要遠(yuǎn)低于其他儲(chǔ)能方式。2021年4月30日，國(guó)家發(fā)展改革委《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見》明確，落實(shí)新出臺(tái)的抽水蓄能價(jià)格機(jī)制，建立新型儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制，推動(dòng)新能源及相關(guān)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。抽水儲(chǔ)能也是當(dāng)前為數(shù)不多大規(guī)模運(yùn)用于電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)。
飛輪儲(chǔ)能指的則是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能儲(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪系統(tǒng)運(yùn)行于真空度較高的環(huán)境中，適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障。飛輪儲(chǔ)能在全球和國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能市場(chǎng)領(lǐng)域還屬于小眾技術(shù)。
放眼未來(lái)，加快發(fā)展應(yīng)用高效清潔的儲(chǔ)能技術(shù)已顯得必要且緊迫。到2025年，整個(gè)電力系統(tǒng)形態(tài)、運(yùn)行特性將發(fā)生一系列重大變化，解決好大規(guī)模新能源并網(wǎng)帶來(lái)的多重挑戰(zhàn)則是制勝未來(lái)的關(guān)鍵。通過儲(chǔ)能，能夠平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來(lái)的波動(dòng)性，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。
國(guó)網(wǎng)天津電力相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，儲(chǔ)能作為新能源的“穩(wěn)定器”、電力系統(tǒng)的“充電寶”、能源供應(yīng)的“蓄水池”，必將成為新能源發(fā)展的“剛需品”，在這場(chǎng)世紀(jì)競(jìng)跑中發(fā)揮著極其重要的保障作用。
國(guó)內(nèi)多地已著手探索推進(jìn)儲(chǔ)能項(xiàng)目?！笆奈濉逼陂g，浙江省力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)200萬(wàn)千瓦左右新型儲(chǔ)能示范項(xiàng)目發(fā)展目標(biāo)；在山東濟(jì)南，我國(guó)首座百兆瓦級(jí)分散控制儲(chǔ)能電站正式投運(yùn)。它每次可充21.2萬(wàn)度電，能夠滿足1000戶家庭一個(gè)月的使用電量；來(lái)自河北省發(fā)展改革委的消息顯示，2021年12月31日，國(guó)際首套百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范項(xiàng)目送電成功，標(biāo)志著該項(xiàng)目順利實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，正式進(jìn)入系統(tǒng)帶電調(diào)試階段。
中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)主任陳海生認(rèn)為，當(dāng)前我國(guó)儲(chǔ)能總體裝機(jī)接近系統(tǒng)電力總裝機(jī)的2%，距離市場(chǎng)需求還有巨大的空間。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，到2025年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變，裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬(wàn)千瓦以上。到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。
盡管新型儲(chǔ)能技術(shù)前景廣、環(huán)境友好，但在國(guó)內(nèi)還處在發(fā)展初期，在行業(yè)管理、市場(chǎng)機(jī)制等方面仍存在短板和空白，亟待多措并舉，加快產(chǎn)業(yè)化步伐，形成完備的產(chǎn)業(yè)鏈條，真正讓好技術(shù)擁有好前景，服務(wù)于人類美好生活愿景。
