除了抽水蓄能的“霸主”地位無(wú)法撼動(dòng)，最有希望實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)的就是壓縮空氣儲(chǔ)能。
今年3月，在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》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(chǔ)能在總儲(chǔ)能裝機(jī)容量中的比例將迅速提高到3%~5%。
在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，抽水蓄能在規(guī)模上最大，達(dá)到上千兆瓦，技術(shù)也最成熟；壓縮空氣儲(chǔ)能次之，單機(jī)規(guī)模在百兆瓦級(jí)別；化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模較小，單機(jī)規(guī)模一般在兆瓦級(jí)別或更小。
實(shí)際上，為了輸出西北豐富的風(fēng)能資源，我國(guó)一直迫切需要配備大規(guī)模的儲(chǔ)能裝置。但很多地區(qū)并不具備建設(shè)抽水蓄能電站的自然條件，這就需要其他的儲(chǔ)能手段。
然而，在國(guó)外已是成熟技術(shù)的壓縮空氣儲(chǔ)能在我國(guó)卻頗為陌生，不僅幾乎沒(méi)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，甚至連理論研究都不多。
究其原因，是壓縮空氣儲(chǔ)能自身的技術(shù)特性使得其在我國(guó)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(chǔ)能在中國(guó)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(chǔ)能裝置，在設(shè)計(jì)上有別于現(xiàn)有的傳統(tǒng)裝置，力圖克服原有缺陷，打造適合中國(guó)國(guó)情的新型壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
優(yōu)點(diǎn)：大規(guī)模儲(chǔ)能的理想解決方案
壓縮空氣儲(chǔ)能的兩大優(yōu)勢(shì)使其成為一種重要的儲(chǔ)能手段。首先，壓縮空氣儲(chǔ)能在規(guī)模上僅次于抽水蓄能，如德國(guó)一座電站的規(guī)模達(dá)到290兆瓦。其次，技術(shù)成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
之所以說(shuō)其技術(shù)成熟，主要是由于壓縮空氣儲(chǔ)能是一種基于燃?xì)廨啓C(jī)的儲(chǔ)能技術(shù)。只不過(guò)，壓縮空氣儲(chǔ)能的原理是將燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)和透平分開(kāi)，在儲(chǔ)能時(shí)，用電能將空氣壓縮并存于儲(chǔ)氣室中；在釋能時(shí)，高壓空氣從儲(chǔ)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(jī)和透平分時(shí)工作，從而起到調(diào)峰的作用?！标惡Ｉ忉屨f(shuō)。
1949年，壓縮空氣儲(chǔ)能的第一個(gè)專(zhuān)利在美國(guó)問(wèn)世。1978年，第一臺(tái)商業(yè)運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能機(jī)組在德國(guó)誕生。
由于技術(shù)成熟、規(guī)模較大，壓縮空氣儲(chǔ)能的成本較低，大約為3000～5000元/千瓦，是成本最低的一種儲(chǔ)能方式。而且壽命長(zhǎng)，通過(guò)維護(hù)可以達(dá)到40～50年，接近抽水蓄能的50年。壓縮空氣儲(chǔ)能的響應(yīng)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(chǔ)能響應(yīng)時(shí)間慢。但容量更大，單機(jī)容量在100~300兆瓦，小型的也可做到10兆瓦。
未來(lái)完善的儲(chǔ)能系統(tǒng)要多種儲(chǔ)能方式相配合。如電池、電容、超導(dǎo)、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(chǔ)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(chǔ)能適合用于大規(guī)模風(fēng)場(chǎng)，因?yàn)閮烧哂刑烊坏慕Y(jié)合優(yōu)勢(shì)：風(fēng)能產(chǎn)生的機(jī)械功可以直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，減少了中間轉(zhuǎn)換成電的環(huán)節(jié)，從而提高效率。據(jù)悉，國(guó)外有類(lèi)似示范電站在建。
“但壓縮空氣儲(chǔ)能比較適用于大規(guī)模儲(chǔ)能，比如適用于一座風(fēng)場(chǎng)，而不是一臺(tái)風(fēng)機(jī)。”陳海生強(qiáng)調(diào)。
“如果技術(shù)、資金和國(guó)家政策三方面都到位的話(huà)，壓縮空氣儲(chǔ)能在我國(guó)將會(huì)快速發(fā)展，和國(guó)外接近，將占整個(gè)國(guó)家儲(chǔ)能總裝機(jī)的3%~5%?！标惡Ｉ烙?jì)。
限制：三大硬傷制約中國(guó)發(fā)展
目前國(guó)際上已有兩座長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，分別位于德國(guó)和美國(guó)。
美國(guó)在建的壓縮空氣儲(chǔ)能電站達(dá)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(chǔ)能商業(yè)電站。愛(ài)荷華州的壓縮空氣儲(chǔ)能電站也正在規(guī)劃建設(shè)中，它是世界上最大風(fēng)電場(chǎng)的組成部分，該風(fēng)電場(chǎng)的總發(fā)電能力將達(dá)到3000兆瓦。該壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)將能夠在2~300兆瓦范圍內(nèi)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(guó)也分別有壓縮空氣儲(chǔ)能電站正在建設(shè)。而俄羅斯、法國(guó)、南非、盧森堡、韓國(guó)、英國(guó)也都有實(shí)驗(yàn)室研究。
不過(guò)，我國(guó)起步較晚，還沒(méi)有實(shí)際運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
陳海生總結(jié)道，基于燃?xì)廨啓C(jī)的特性導(dǎo)致壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在我國(guó)難以推廣，主要有三大制約因素。
首先，我國(guó)并未掌握燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)，一直以來(lái)依賴(lài)進(jìn)口，且燃?xì)廨啓C(jī)屬于發(fā)達(dá)國(guó)家嚴(yán)格保密的技術(shù)。其次，燃?xì)廨啓C(jī)必須燒油燒氣，而我國(guó)是一個(gè)缺油少氣的國(guó)家，經(jīng)濟(jì)效益大打折扣。第三，需要大容量的儲(chǔ)氣裝置。
一個(gè)100兆瓦的儲(chǔ)能電站需要10萬(wàn)立方米的儲(chǔ)氣裝置。這使得壓縮空氣儲(chǔ)能電站的應(yīng)用大受限制。
陳海生介紹，目前已經(jīng)運(yùn)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，最為合適。而如果沒(méi)有合適的天然洞穴，需要人工改造或者建造儲(chǔ)氣罐的話(huà)，成本將大大增加。美國(guó)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(chǔ)能發(fā)展最好。
而在國(guó)內(nèi)，有關(guān)專(zhuān)家在湖北、青海、內(nèi)蒙古、甘肅等地進(jìn)行過(guò)地質(zhì)調(diào)查，暫時(shí)沒(méi)有找到合適的天然洞穴。
“這就是我國(guó)發(fā)展壓縮空氣儲(chǔ)能的幾個(gè)致命問(wèn)題?！标惡Ｉf(shuō)，“另外我們一直沒(méi)有重視，技術(shù)儲(chǔ)備不夠?！?
直到2009年，儲(chǔ)能才在我國(guó)成為研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。“我2005年在英國(guó)時(shí)開(kāi)始從事儲(chǔ)能研究，2007年回國(guó)時(shí)，國(guó)內(nèi)有的專(zhuān)家還覺(jué)得我的研究太冷門(mén)了?！标惡Ｉ貞浾f(shuō)。
目前，國(guó)內(nèi)第一個(gè)兆瓦級(jí)示范裝置剛剛在工程熱物理所開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)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(yàn)層面。
“美國(guó)1999年就開(kāi)始大規(guī)模搞儲(chǔ)能研究，有了國(guó)家級(jí)研究計(jì)劃，英國(guó)是2004年，澳大利亞是2005年。我國(guó)前面的基礎(chǔ)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(bǔ)課，需要耐心?！标惡Ｉ蜗蟮乇扔鳎骸扒懊?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?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的缺失，已經(jīng)致使我國(guó)在發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)處處受制于人。
在發(fā)展壓縮空氣儲(chǔ)能時(shí)，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的陳海生表示：“我們執(zhí)拗的一個(gè)目標(biāo)就是一定要掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。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?xì)廨啓C(jī)實(shí)驗(yàn)室。此舉力爭(zhēng)突破葉輪機(jī)械的技術(shù)難關(guān)，工程熱物理所所長(zhǎng)秦偉表示。
為解決常規(guī)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)面臨的主要問(wèn)題，從2007年起，工程熱物理所和英國(guó)高瞻公司、英國(guó)利茲大學(xué)等單位共同開(kāi)發(fā)了液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。由于液態(tài)空氣的密度遠(yuǎn)大于氣態(tài)空氣的密度，該系統(tǒng)不需要大型儲(chǔ)氣室。目前2兆瓦級(jí)液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)已在英國(guó)示范運(yùn)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(fèi)均由高瞻公司支持，知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸其所有。
為了掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，2009年，工程熱物理所在國(guó)際上首次提出并開(kāi)始研發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，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(guī)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，具有儲(chǔ)能規(guī)模大、效率高、投資成本低、能量密度高、不需要大的儲(chǔ)存裝置等優(yōu)點(diǎn)。
目前，15千瓦超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已基本建成，1.5兆瓦示范系統(tǒng)開(kāi)始建設(shè)。
據(jù)悉，這套技術(shù)一旦獲得成功，將使我國(guó)的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)后來(lái)居上，并掃清其在我國(guó)發(fā)展的障礙。
秦偉預(yù)測(cè)，如果國(guó)家政策支持，企業(yè)投入，該自主技術(shù)將在5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用。
記者了解到，我國(guó)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(chǔ)能的前景，將其列入發(fā)展規(guī)劃。很多企業(yè)也對(duì)此表示了強(qiáng)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(rèn)為，比企業(yè)投入更重要的是國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策。
任何儲(chǔ)能方式的儲(chǔ)能過(guò)程都是要損失能量的。具體到壓縮空氣儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)，其效率一般不高于75%。因此陳海生認(rèn)為，要保證壓縮空氣儲(chǔ)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(guó)家對(duì)新能源發(fā)電和新能源汽車(chē)都給予了一定的補(bǔ)貼政策，但對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)卻未有相關(guān)政策出臺(tái)。而美國(guó)已于2010年正式通過(guò)了《儲(chǔ)能法案》，其中對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)提出了明確的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。
“未來(lái)，儲(chǔ)能裝機(jī)預(yù)計(jì)要達(dá)到電網(wǎng)裝機(jī)容量的10%，現(xiàn)在只有1%，我估計(jì)這個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模能達(dá)到5000億~1萬(wàn)億元。要實(shí)現(xiàn)這么大規(guī)模的發(fā)展必須有國(guó)家政策支持。”陳海生指出。
