液態(tài)空氣儲能作為一項(xiàng)高潛力的新技術(shù)正在快速興起。

  隨著新能源滲透率的快速攀升，其出力波動加大，負(fù)荷側(cè)不確定性增加，導(dǎo)致市場對長時間、大規(guī)模儲能的需求愈發(fā)迫切。在這一領(lǐng)域，除了大眾熟知的抽水蓄能、壓縮空氣儲能、液流電池儲能外，液態(tài)空氣儲能作為一項(xiàng)高潛力的新技術(shù)正在快速興起。
  “液態(tài)空氣儲能與空氣壓縮儲能技術(shù)一樣以空氣為主要儲能材料，具有能量密度高、占地面積小、單位儲能容量成本低的優(yōu)勢，可靈活應(yīng)用在發(fā)電側(cè)、輸配側(cè)和用戶端，是一項(xiàng)中時長、大容量的儲能技術(shù)。”英國皇家工程院院士丁玉龍教授在接受《中國能源報》記者采訪時說。
  據(jù)介紹，我國目前有多家科研院所和企業(yè)，都在開展液態(tài)空氣儲能的研究。其中，江蘇金合能源科技有限公司(以下簡稱“江蘇金合”)多個液態(tài)空氣儲能項(xiàng)目已完成技術(shù)方案論證，正在辦理接入系統(tǒng)批復(fù)等前期手續(xù);預(yù)計首臺套項(xiàng)目有望在年內(nèi)開工，這將加快液態(tài)空氣儲能商業(yè)化進(jìn)程。
  優(yōu)勢突出
  液態(tài)空氣儲能由壓縮空氣儲能技術(shù)衍生而來，利用空氣壓縮—膨脹過程，完成電能—熱能與壓力能—電能的轉(zhuǎn)換。與壓縮空氣儲能不同，液態(tài)空氣儲能壓縮后的氣體不進(jìn)入儲氣室，而是進(jìn)入液化單元，使氣態(tài)空氣變成液態(tài)空氣進(jìn)行儲存。
  “液態(tài)空氣儲能的儲能密度是壓縮空氣儲能的10—40倍，可以在較小的容器中儲存更多的能量。”丁玉龍進(jìn)一步指出，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能建設(shè)需要具備地下鹽穴、礦井等特殊地理?xiàng)l件，液態(tài)空氣儲能則擺脫了類似地理?xiàng)l件要求，也無需使用大量高壓容器，具有選址靈活、安全環(huán)保的優(yōu)勢。
  據(jù)介紹，20世紀(jì)70年代，英國人斯密斯率先提出液態(tài)空氣儲能技術(shù)的概念;隨后日本三菱、日立等公司開展了液態(tài)空氣儲能的技術(shù)研究，但并沒有獲得實(shí)質(zhì)進(jìn)展。直至2005年左右，丁玉龍團(tuán)隊(duì)在國際上首次提出了先進(jìn)液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)技術(shù)，并進(jìn)行了部件和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)，其后與英國Highview公司先后建成了350kW中試和5MW商業(yè)示范系統(tǒng)。
  “從理論研究、實(shí)驗(yàn)室小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，到2018年完成首臺5MW/15MWh商業(yè)示范電站的建設(shè)，再到目前在建全球首臺50MW/300MWh大規(guī)模商業(yè)液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)，一步步探索，這條路我們走了近20年。”丁玉龍指出，經(jīng)過示范應(yīng)用，液態(tài)空氣儲能技術(shù)的可行性和可靠性已得到有效驗(yàn)證。
  定位精準(zhǔn)
  當(dāng)前儲能技術(shù)路線百花齊放，液態(tài)空氣儲能如何找準(zhǔn)定位?
  丁玉龍指出，各種儲能技術(shù)可按照存儲時長劃分為短時、中時和長時儲能。短時儲能技術(shù)主要包括電池、超級電容、飛輪儲能等，存儲時間一般不超過幾小時，具有高功率、低容量和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，每天可多次充放電循環(huán);中時儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、液態(tài)空氣儲能、液流電池和儲熱等，存儲時間在幾小時到幾個月，具有中高功率、中高容量和中等響應(yīng)速度等特點(diǎn)，典型運(yùn)行場景是每天充放一次;長時儲能則包括氫儲能、熱化學(xué)儲能等，具備跨季節(jié)乃至跨年的儲能能力，每年循環(huán)次數(shù)一般在個位數(shù)。
  同屬中時儲能，各技術(shù)也各具特點(diǎn)。丁玉龍指出，抽水蓄能儲能容量大、全生命周期成本低、技術(shù)最為成熟，占目前全球儲能裝機(jī)的80%以上，但選址受地理?xiàng)l件和水資源限制，適合建設(shè)的地方極為有限;壓縮空氣儲能具有儲能容量大和安全性好等特點(diǎn)，近幾年有了長足發(fā)展，但項(xiàng)目建設(shè)也受制于地理?xiàng)l件;液流電池儲能技術(shù)安全性好，目前只有全釩流電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模化示范應(yīng)用，該技術(shù)由于釩價格高昂，與壓縮空氣儲能和抽水蓄能相比，投資成本較高。
  “盡管液態(tài)空氣儲能與壓縮空氣儲能同屬一脈，覆蓋功率范圍相似，容量范圍有一些重疊，但兩者之間更多的是相輔相成的關(guān)系。”丁玉龍指出，液態(tài)空氣儲能規(guī)模可大可小，不受地理?xiàng)l件限制，更為靈活，可廣泛應(yīng)用在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰、分布式能源和綜合能源服務(wù)等領(lǐng)域。尤其是液態(tài)空氣儲能除了作為規(guī)模化儲能外，還可用于冷熱電三聯(lián)供。在鋼鐵廠、化工廠、水泥廠等工商業(yè)領(lǐng)域，液態(tài)空氣儲能是理想的高效能源利用解決方案。“大規(guī)模液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)效率在60%左右，若是冷熱電三聯(lián)供，其效率可以達(dá)到75%—85%。”
  前景廣闊
  丁玉龍預(yù)計，到2050年，我國短時儲能需求量為幾個TWh，中時儲能需求量為幾十TWh，而長時儲能需求量在幾百TWh。“長時儲能因?yàn)檠�環(huán)次數(shù)少，可視為能源戰(zhàn)略儲備。而中時儲能可以代替部分長時儲能，因此未來對中時儲能的需求較大，液態(tài)空氣儲能無疑將迎來廣闊的應(yīng)用前景。”
  今年以來，市場也加快了液態(tài)空氣儲能商業(yè)化進(jìn)程。2022年4月，中國綠發(fā)與中科院理化所簽署投資協(xié)議，致力于液化空氣儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并推進(jìn)青海海西60MW/600MWh液態(tài)空氣儲能項(xiàng)目的實(shí)施。2022年12月，河北建投國融能源申報的液態(tài)空氣儲能科技攻關(guān)項(xiàng)目，被列為河北省省級科技計劃項(xiàng)目。
  江蘇金合在液態(tài)空氣儲能項(xiàng)目落地方面也走在前列。據(jù)介紹，江蘇金合是一家專注熱能存儲技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣的國家級專精特新“小巨人”企業(yè)和國家級高新技術(shù)企業(yè)，已掌握液態(tài)空氣儲能技術(shù)的核心能力，公司正在福建、江蘇和上海等地推進(jìn)相關(guān)項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)施工作。
  “液態(tài)空氣儲能關(guān)鍵設(shè)備，如壓縮機(jī)、低溫膨脹機(jī)、液體泵和膨脹發(fā)電機(jī)等國產(chǎn)設(shè)備已較為成熟，產(chǎn)業(yè)鏈完備齊全，實(shí)際成本低于社會估算。首先，首臺套項(xiàng)目成本預(yù)計較高，隨著規(guī)模化推廣應(yīng)用，價格還會快速下行;其次，項(xiàng)目成本不是設(shè)備價格的簡單疊加，系統(tǒng)集成后還存在一定的降本空間;最后，項(xiàng)目造價與應(yīng)用場景息息相關(guān)，不同應(yīng)用場景的成本投資存在差異。”丁玉龍指出，整體來看，液態(tài)空氣儲能度電成本和壓縮空氣、抽水蓄能處于同一價格區(qū)間。隨著儲能系統(tǒng)容量增大，造價將趨于下降，8小時儲能系統(tǒng)功率達(dá)到100MW時，單位造價相比10MW預(yù)測可下降46%。
  在丁玉龍看來，液態(tài)空氣儲能還處于發(fā)展初期，產(chǎn)業(yè)發(fā)展離不開政策的支持。他呼吁，政策對于各種儲能技術(shù)的市場準(zhǔn)入、退出、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、招商引資等，應(yīng)予以同等對待，給予各種技術(shù)公平競爭的機(jī)會。