中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：青藏高原腹地，柴達(dá)木盆地南緣。
茫茫戈壁深處，青海格爾木60MW/600MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目正在加速建設(shè)，為即將到來的并網(wǎng)投運(yùn)進(jìn)行最后沖刺。
這是目前全球液態(tài)空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域儲(chǔ)能規(guī)模最大的在建項(xiàng)目。該項(xiàng)目由中國綠發(fā)投資集團(tuán)有限公司和中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所聯(lián)合攻關(guān)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，多項(xiàng)核心指標(biāo)世界領(lǐng)先，設(shè)備自主化率達(dá)100%，填補(bǔ)了我國液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的空白。前段時(shí)間2025中關(guān)村論壇年會(huì)發(fā)布的10項(xiàng)重大科技成果中，該項(xiàng)目正是其中之一。
什么是液態(tài)空氣儲(chǔ)能？青海格爾木60MW/600MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了哪些重大突破？未來將有哪些應(yīng)用場景？記者近日采訪了該項(xiàng)目有關(guān)專家和負(fù)責(zé)人。
1立方米液態(tài)空氣可發(fā)75度電，項(xiàng)目年發(fā)電量可滿足約3萬戶居民需求
隨著能源轉(zhuǎn)型，在“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，我國以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等為代表的清潔能源近年來大規(guī)模應(yīng)用，發(fā)展駛?cè)肟燔嚨馈?/span>
“光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性等，存在供需峰谷問題，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行有一定影響。這就需要大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)來平抑、調(diào)節(jié)，將不用的電能儲(chǔ)存起來，用的時(shí)候再穩(wěn)定地釋放出去?！敝袊茖W(xué)院理化技術(shù)研究所研究員王俊杰認(rèn)為，隨著我國清潔能源的飛速發(fā)展，對(duì)儲(chǔ)能的需求越來越大，對(duì)儲(chǔ)能規(guī)模、時(shí)長、安全等也提出了更高要求。
目前儲(chǔ)能主要分為電化學(xué)（電池）儲(chǔ)能、抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等技術(shù)路徑。
液態(tài)空氣儲(chǔ)能是一種新型大規(guī)模、長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。它能夠?qū)㈦娋W(wǎng)無法直接消納的無形的電能，轉(zhuǎn)化為有形的具有高能量密度的液態(tài)空氣存儲(chǔ)，在用電需求高峰時(shí)釋放電能，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”。儲(chǔ)能時(shí)液態(tài)空氣密度相比于室溫氣態(tài)空氣提升約750倍，但仍處于常壓狀態(tài)存儲(chǔ)，因此兼具高能量密度和高安全性。
那么，在液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)路徑下，電能經(jīng)歷了怎樣的調(diào)配之旅？
王俊杰介紹，整個(gè)過程分為充電和放電兩個(gè)階段。
充電階段，多級(jí)壓縮后的空氣流經(jīng)蓄冷單元冷卻，進(jìn)一步降壓液化后，將-194℃的液態(tài)空氣常壓存儲(chǔ)在儲(chǔ)罐中。在此過程中釋放的多余熱能，則回收儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱裝置中，以備在釋能時(shí)使用。
放電階段，將液態(tài)空氣從儲(chǔ)罐中釋放出來，經(jīng)泵增壓，在蓄冷單元釋放冷能，復(fù)溫氣化，被存儲(chǔ)的壓縮熱進(jìn)一步加熱成高溫高壓狀態(tài)后，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電，并入電網(wǎng)。在這一階段，液態(tài)空氣釋放的冷能將儲(chǔ)存在儲(chǔ)冷裝置中，可供下次充電時(shí)液化空氣用。
以空氣為介質(zhì)，一“充”一“放”，“呼吸”之間，在氣態(tài)—液態(tài)—?dú)鈶B(tài)的轉(zhuǎn)化過程中，大規(guī)模電能就此調(diào)配。
青海格爾木60MW/600MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目就像一個(gè)儲(chǔ)存電能的超級(jí)“大冰箱”，在液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，其95%以上的蓄冷效率、55%以上的電—電轉(zhuǎn)換效率，均為世界領(lǐng)先。該項(xiàng)目目前設(shè)計(jì)為每天儲(chǔ)能8小時(shí)釋能5至10小時(shí)，但實(shí)際不止于此。
據(jù)測算，1立方米液態(tài)空氣可以發(fā)75度電。該項(xiàng)目建成投運(yùn)后，將成為世界液態(tài)空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域儲(chǔ)能功率最高、儲(chǔ)能容量最大的項(xiàng)目，單日儲(chǔ)能可連續(xù)向電網(wǎng)輸送60萬度清潔電能，年發(fā)電量約為1.8億度，可滿足約3萬戶居民一年的用電需求。
擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，設(shè)備自主化率達(dá)100%
儲(chǔ)能功率最高、儲(chǔ)能容量最大的背后，是關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新、核心設(shè)備研發(fā)的突破。
今年1月，國家能源局發(fā)布公告，公示了第四批能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備，其中，依托青海格爾木60MW/600MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的“基于深低溫梯級(jí)蓄冷技術(shù)的60MW液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及關(guān)鍵裝備”榜上有名。
王俊杰帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)深耕液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究和應(yīng)用領(lǐng)域，基于已建成的500kW非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能示范平臺(tái)和100kW液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范平臺(tái)，探索深低溫梯級(jí)液化蓄冷工藝和常壓低溫存儲(chǔ)技術(shù)，大幅提高了空氣儲(chǔ)能密度，形成了從理論創(chuàng)新到關(guān)鍵核心技術(shù)突破再到工程示范應(yīng)用的完整鏈條。這為“基于深低溫梯級(jí)蓄冷技術(shù)的60MW液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及關(guān)鍵裝備”這個(gè)“首臺(tái)（套）”的研制，奠定了理論基礎(chǔ)，積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
“從理論技術(shù)到示范應(yīng)用，沒有經(jīng)驗(yàn)可循，其間不斷探索，經(jīng)過了工藝流程的規(guī)范。而且，當(dāng)時(shí)沒有相應(yīng)裝備，需要研制，需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同配合。”王俊杰說，“首臺(tái)（套）”的研制，是多家單位齊心協(xié)力攻關(guān)的結(jié)果。
這個(gè)“首臺(tái)（套）”，主要由壓縮單元、膨脹單元、蓄冷單元、系統(tǒng)工藝及自動(dòng)化控制技術(shù)構(gòu)成。項(xiàng)目擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，有7項(xiàng)國際創(chuàng)新的核心設(shè)備。
項(xiàng)目的廠房里面，三臺(tái)龐大的壓縮機(jī)組依次排列。這是壓縮單元的重要組成部分——葉輪直徑2米的超大型高效寬工況離心壓縮機(jī)組。
在蓄冷單元，約7層樓高的液化/復(fù)溫一體式冷箱頗為醒目。在這個(gè)金屬箱體中，常溫高壓空氣將經(jīng)歷關(guān)鍵的梯級(jí)液化和氣化工序。有別于一般冷箱，該冷箱的一體式設(shè)計(jì)，將液化與復(fù)溫過程中的余冷、余熱都充分循環(huán)利用起來，運(yùn)行過程中能量損失極少，將蓄冷效率一舉提高到95%。蓄冷單元還有流量高達(dá)566噸/小時(shí)液體膨脹機(jī)，流量高達(dá)350立方米/小時(shí)、揚(yáng)程高達(dá)565米液空泵以及高效低溫固相蓄冷器等。
這批主要設(shè)備的成功研制，有力推動(dòng)我國液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模從此前的百千瓦級(jí)，躍上了萬千瓦級(jí)的臺(tái)階，填補(bǔ)了大規(guī)模長時(shí)液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)空白。
但是，技術(shù)的應(yīng)用、設(shè)備的研制并非一帆風(fēng)順?！澳承┰O(shè)備，我們反反復(fù)復(fù)做了幾十次實(shí)驗(yàn)?！蓖蹩〗苷f。
中綠中科儲(chǔ)能技術(shù)有限公司總工程師季偉一直跟進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)。他回憶，研發(fā)過程中，高效固/液相蓄冷工質(zhì)及裝備的研制、換熱器的非穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)和大型低溫儲(chǔ)罐的疲勞設(shè)計(jì)等技術(shù)難題曾讓研發(fā)團(tuán)隊(duì)很是頭疼。
“項(xiàng)目每天一‘充’一‘放’，相當(dāng)于所有設(shè)備每天都是一開一停，壓力和溫度隨之產(chǎn)生變化，容易導(dǎo)致疲勞效應(yīng)，造成設(shè)備損壞。”季偉說，對(duì)此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)做了很多針對(duì)性的設(shè)計(jì)和改良，堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，與設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)協(xié)同攻關(guān)，一舉攻破了難題。
面向電力“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”各環(huán)節(jié)，液態(tài)空氣儲(chǔ)能應(yīng)用前景廣闊
別看青海格爾木60MW/600MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目儲(chǔ)能功率高、儲(chǔ)能容量大，但占地面積卻僅有8萬多平方米。占地面積小，是液態(tài)空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的特點(diǎn)之一，這與液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的特性有關(guān)。
“相對(duì)于其他大規(guī)模長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)具有五大突出優(yōu)勢。”王俊杰解釋。
——儲(chǔ)能密度高。因而液態(tài)空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目占地面積相對(duì)較小，并能滿足長時(shí)、大規(guī)模儲(chǔ)能需求。
——低碳環(huán)保。液態(tài)空氣儲(chǔ)能的運(yùn)行工質(zhì)為空氣，在運(yùn)行過程中，沒有二氧化碳及污染物排放，生命周期碳足跡極低。
——可靠性高。液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命長達(dá)30年左右，而且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，運(yùn)行維護(hù)成本較低。
——安全性高。在常壓下儲(chǔ)存液態(tài)氣體，避免了高壓氣體儲(chǔ)能帶來的安全問題。
——部署靈活。液態(tài)空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目選址不受地理?xiàng)l件、氣候條件等限制，可結(jié)合風(fēng)電、光伏、液化天然氣等多種能源形式部署，具備多能聯(lián)供能力。
與青海格爾木60MW/600MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的廠房相鄰，配套建設(shè)的25萬千瓦光伏項(xiàng)目早已竣工。陽光下，一排排光伏板整齊列陣。
“青海格爾木60MW/600MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目于2023年動(dòng)工，目前項(xiàng)目主體建設(shè)已全部完工，正在有條不紊地進(jìn)行設(shè)備的安裝調(diào)試。計(jì)劃調(diào)試結(jié)束后，于今年6月并網(wǎng)試運(yùn)行?！奔緜ソ榻B。這個(gè)超級(jí)空氣“充電寶”，具有較低成本大規(guī)模推廣應(yīng)用的特點(diǎn)，將會(huì)在推動(dòng)我國能源轉(zhuǎn)型和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮積極作用。
王俊杰說，該項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)一步驗(yàn)證了液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊，面向電力“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)，在“電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)及負(fù)荷側(cè)”等各領(lǐng)域都可大顯身手。
在電源側(cè)，液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可破解當(dāng)前制約我國可再生新能源發(fā)展的棄風(fēng)棄光問題，并可應(yīng)用于火電靈活性改造，實(shí)現(xiàn)火電的靈活存儲(chǔ)和釋放，大幅提高火電的深度調(diào)峰能力。
在電網(wǎng)側(cè)，液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理優(yōu)化，具備削峰填谷、熱備用、電能質(zhì)量治理等功能，提高系統(tǒng)效率和輸配電設(shè)備的利用率。
在負(fù)荷側(cè)，液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可靈活耦合不同形式余熱、余冷資源。如耦合液化天然氣冷能，不僅能有效實(shí)現(xiàn)液化天然氣冷能梯級(jí)高效利用，還能顯著提升液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率，同時(shí)可以穩(wěn)定輸出冷能、熱能、電能及工業(yè)用氣等多種形式能源，大幅度提升能源綜合利用效率。
新型儲(chǔ)能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要支撐，也是催生國內(nèi)能源新業(yè)態(tài)、搶占國際戰(zhàn)略新高地的重要領(lǐng)域。
在其他儲(chǔ)能技術(shù)難以發(fā)揮作用的“沙戈荒”地帶和一些極寒地區(qū)，液態(tài)空氣儲(chǔ)能可提供可靠的儲(chǔ)能解決方案。王俊杰說：“隨著技術(shù)的不斷成熟、成本的逐步降低，液態(tài)空氣儲(chǔ)能有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的重要支柱?！?/span>
