中國儲能網(wǎng)訊：能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。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(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、高效的儲能技術(shù)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(yè)化步伐，讓人們看到了儲能技術(shù)低碳進階的希望。
圖片9月24日，國網(wǎng)平山縣供電公司的工人在平山縣營里鄉(xiāng)桃園10千伏儲能站巡查 楊世堯攝/本刊
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新型儲能技術(shù)商業(yè)化探索
儲能技術(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先進儲能技術(shù)創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽新聞發(fā)布會上，工業(yè)和信息化部產(chǎn)業(yè)發(fā)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(wǎng)、電動汽車等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，儲能的重要性日益凸顯，已成為未來電力行業(yè)“源網(wǎng)荷儲”一體化發(fā)展不可或缺的一環(huán)。
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(shù)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(shù)正在興起。
據(jù)外媒報道，日本住友重機械工業(yè)出資的英國初創(chuàng)企業(yè)，將于2024年把首座儲能設(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)電時再將其變回氣態(tài)，從而帶動渦輪機工作。該設(shè)備壽命長，費用最多可比蓄電池縮減6成。隨著該技術(shù)的商業(yè)化，清潔儲能正加快從夢想照進現(xiàn)實。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，空氣液化儲能技術(shù)受到關(guān)注已久。日本早年就已積極開展這項技術(shù)研究，如三菱公司、日立公司等就是其中的代表。近幾年，英國公司及研究機構(gòu)開展進一步探索并加快商業(yè)化步伐，再加之國際社會對能源低碳化的追求，讓這項技術(shù)距離人們的生活越來越近。
從常規(guī)原理上來看，在電網(wǎng)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(wǎng)負荷高峰期釋放壓縮的空氣推動汽輪機發(fā)電，從而達到儲能的目標。
這種儲能技術(shù)的優(yōu)勢顯而易見，具有規(guī)模大、周期長等優(yōu)勢，是極具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲能技術(shù)。當然，其儲能效率與整個系統(tǒng)能量能否被充分利用息息相關(guān)。為提高空氣液化儲能系統(tǒng)的效率，就需要選擇合適的儲能裝置，盡量減少裝置運轉(zhuǎn)過程中不必要的能量損失。
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能源再利用迎來新機遇
中國國際發(fā)展知識中心發(fā)布的首期《全球發(fā)展報告》指出，綠色轉(zhuǎn)型提供全球可持續(xù)發(fā)展的新機遇。截至今年5月，127個國家已經(jīng)提出或準備提出碳中和目標，覆蓋全球GDP的90%、總?cè)丝诘?5%、碳排放的88%?？諝庖夯瘍δ芗夹g(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)用于儲能過程中對氣態(tài)的空氣進行預(yù)冷，同樣可以提高空氣液化儲能系統(tǒng)的效率。
相關(guān)研究認為，在現(xiàn)實社會生活中，空氣液化儲能技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用場景。
譬如在家庭供暖中，可以設(shè)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(tài)空氣儲存起來。到了夏天，再利用液態(tài)空氣進行供冷，吸收夏天的熱，同時利用液態(tài)空氣的氣化膨脹驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)將液態(tài)空氣中儲存的能量轉(zhuǎn)換為電能。
這種方式實現(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├涔岬谋尘跋拢軌虍a(chǎn)生巨大的經(jīng)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(diào)節(jié)，社會效益依然顯著。
沿著這項技術(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能技術(shù)的有效用武之地。數(shù)據(jù)中心在耗電的同時，會產(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，實現(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。當日，中國能建與國家電網(wǎng)共同投資的我國首臺(套)300 兆瓦級壓縮空氣儲能示范工程，在湖北省應(yīng)城市舉行開工儀式 伍志尊攝/本刊
除此之外，超導輸電、發(fā)動機、超導計算機等領(lǐng)域，只要空氣液化儲能技術(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，集中起來實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，逐漸改變?nèi)藗儗茉吹囊蕾嚒?
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發(fā)展新型儲能技術(shù)箭在弦上
如果說空氣液化開啟了儲能技術(shù)的新路徑，那么由此釋放出的更多新型儲能技術(shù)，則給人類的綠色可持續(xù)發(fā)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(zhuǎn)化成重力勢能儲存起來，在電網(wǎng)負荷高峰期再通過釋放上池水庫中的水來發(fā)電。
我國的抽水儲能技術(shù)發(fā)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(fā)展改革委《關(guān)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(guān)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。抽水儲能也是當前為數(shù)不多大規(guī)模運用于電力系統(tǒng)的儲能技術(shù)。
飛輪儲能指的則是用電動機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機械能儲存起來，在需要時飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電。飛輪系統(tǒng)運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。飛輪儲能在全球和國內(nèi)儲能市場領(lǐng)域還屬于小眾技術(shù)。
放眼未來，加快發(fā)展應(yīng)用高效清潔的儲能技術(shù)已顯得必要且緊迫。到2025年，整個電力系統(tǒng)形態(tài)、運行特性將發(fā)生一系列重大變化，解決好大規(guī)模新能源并網(wǎng)帶來的多重挑戰(zhàn)則是制勝未來的關(guān)鍵。通過儲能，能夠平抑大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動性，提高電網(wǎng)運行的安全性、經(jīng)濟性和靈活性。
國網(wǎng)天津電力相關(guān)負責人表示，儲能作為新能源的“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”，在這場世紀競跑中發(fā)揮著極其重要的保障作用。
國內(nèi)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(xiàn)200萬千瓦左右新型儲能示范項目發(fā)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(fā)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(xiàn)并網(wǎng)，正式進入系統(tǒng)帶電調(diào)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(tǒng)電力總裝機的2%，距離市場需求還有巨大的空間。國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》提出，到2025年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變，裝機規(guī)模達3000萬千瓦以上。到2030年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。
盡管新型儲能技術(shù)前景廣、環(huán)境友好，但在國內(nèi)還處在發(fā)展初期，在行業(yè)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(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。
