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2020年6月，國家能源局印發《2020年能源工作指導意見》指出“穩妥有序推進能源關鍵技術裝備攻關，推動儲能技術進步與產業發展。加大儲能發展力度”。大規模長時儲能技術是世界各國科技創新的重要戰略，也是實現技術引領的主要方向。

近年(nian)來，全(quan)球(qiu)儲(chu)能產業(ye)得(de)到快(kuai)速發展(zhan)，電源側(ce)(ce)、電網側(ce)(ce)和用戶側(ce)(ce)儲(chu)能市場規模在萬(wan)億美元(yuan)以上(shang)，且每年(nian)以9%的(de)速度增(zeng)長，遠高于全(quan)球(qiu)電力行業(ye)2.5%的(de)增(zeng)長率。尤其是以風、光為代表的(de)可(ke)再生能源迅速發展(zhan)為儲(chu)能行業(ye)發展(zhan)帶來巨(ju)大市場空間。

截至2019年(nian)底，全(quan)國風(feng)電裝(zhuang)(zhuang)機2.1億千瓦(wa)，風(feng)電發(fa)電量4057億千瓦(wa)時，占全(quan)部發(fa)電量的5.5%；光伏發(fa)電裝(zhuang)(zhuang)機2.04億千瓦(wa)，光伏發(fa)電量2243億千瓦(wa)時，占全(quan)部發(fa)電量的3.1%。國內外(wai)專家學(xue)者一致(zhi)認為到(dao)2050年(nian)，全(quan)球可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)占比將(jiang)超過50%。然(ran)而，由于新能(neng)源(yuan)間歇性和(he)不穩定(ding)性，可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)大規模(mo)并(bing)網和(he)安全(quan)穩定(ding)地運行仍存(cun)在(zai)壓力。

大規模儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)技(ji)術(shu)的應用能(neng)(neng)(neng)有效(xiao)解決上述問(wen)題。在(zai)(zai)諸多儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)技(ji)術(shu)中，可(ke)以規模應用的主要為抽(chou)水(shui)蓄能(neng)(neng)(neng)、大容(rong)量電(dian)池(chi)儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)和(he)(he)壓縮空(kong)(kong)氣儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)。抽(chou)水(shui)蓄能(neng)(neng)(neng)須建(jian)在(zai)(zai)具有合適地(di)勢差(cha)和(he)(he)豐富(fu)水(shui)源的非嚴寒地(di)帶，受地(di)理條件限制較高；大容(rong)量電(dian)池(chi)儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)在(zai)(zai)經濟性、安全(quan)性、循環壽(shou)命(ming)及廢(fei)舊電(dian)池(chi)處理等(deng)方面將面臨制約(yue)；壓縮空(kong)(kong)氣儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)具有綠色、安全(quan)、長壽(shou)命(ming)等(deng)優點，但遺憾的是其嚴重依賴地(di)理條件，儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)密度(du)低，難以廣泛(fan)推廣。

基于新(xin)型深冷(leng)科技(ji)的液(ye)態(tai)空氣(qi)(qi)儲(chu)能(neng)（LAES）技(ji)術是實(shi)現新(xin)能(neng)源并網消納(na)、合理(li)吸收低谷電、余熱資源，并可以穩定(ding)輸出冷(leng)、熱、電及工業用(yong)氣(qi)(qi)等多種能(neng)源的新(xin)型儲(chu)能(neng)方法。

液態空氣儲能技術原理

液(ye)態空(kong)氣儲(chu)能(neng)具(ju)有(you)(you)大(da)規模長(chang)時(shi)儲(chu)能(neng)、清(qing)潔低(di)碳、安(an)全、長(chang)壽命和(he)不受地理條(tiao)件(jian)限制等突出優(you)點，其(qi)應用場景(jing)廣泛(fan)，尤(you)其(qi)是在可再生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)消納、電網調峰(feng)調頻、黑啟動、分布式能(neng)源(yuan)(yuan)、微網和(he)綜合能(neng)源(yuan)(yuan)服(fu)務等領(ling)域具(ju)有(you)(you)特別優(you)勢。

從技術原理看，在儲能(neng)階段，儲能(neng)系統(tong)利用可再生(sheng)能(neng)源(yuan)電(dian)能(neng)或電(dian)網(wang)夜間低谷電(dian)驅動壓(ya)縮(suo)機壓(ya)縮(suo)環境空(kong)氣(qi)，高壓(ya)空(kong)氣(qi)經蓄冷器預冷后節(jie)流(liu)液(ye)化(hua)，將(jiang)電(dian)能(neng)以常(chang)壓(ya)低溫(wen)液(ye)態空(kong)氣(qi)形式儲存(cun)(cun)，同時存(cun)(cun)儲壓(ya)縮(suo)熱。

在(zai)釋能階段(duan)，液態空(kong)氣(qi)經(jing)低溫(wen)泵增壓(ya)(ya)后，通(tong)過蓄冷(leng)器儲存冷(leng)量(liang)(liang)并氣(qi)化，經(jing)壓(ya)(ya)縮熱（可(ke)(ke)選太陽能光熱或(huo)工業中(zhong)低溫(wen)余(yu)(yu)熱）加熱后，產生高壓(ya)(ya)高溫(wen)氣(qi)體驅動空(kong)氣(qi)透(tou)平(ping)旋轉做功，帶動發電(dian)(dian)機(ji)發電(dian)(dian)并網。同時，系統中(zhong)富(fu)余(yu)(yu)的(de)壓(ya)(ya)縮熱能可(ke)(ke)部(bu)分(fen)用于(yu)生活熱水供(gong)應(ying)或(huo)冬季(ji)采暖，部(bu)分(fen)用于(yu)吸收(shou)式制冷(leng)機(ji)組供(gong)應(ying)空(kong)調冷(leng)水用于(yu)夏季(ji)供(gong)冷(leng)。系統可(ke)(ke)根據不(bu)同季(ji)節不(bu)同的(de)能量(liang)(liang)需(xu)求靈活調整冷(leng)熱電(dian)(dian)供(gong)應(ying)比例(li)，實現經(jing)濟性(xing)最優(you)。

未來的(de)(de)(de)(de)液(ye)空(kong)(kong)儲能(neng)(neng)電站將是一座(zuo)可實(shi)現(xian)多(duo)能(neng)(neng)互(hu)補和(he)多(duo)能(neng)(neng)聯(lian)供的(de)(de)(de)(de)智慧綜合能(neng)(neng)源基(ji)站。由(you)于(yu)液(ye)態空(kong)(kong)氣的(de)(de)(de)(de)密(mi)度(du)遠大(da)于(yu)壓(ya)縮(suo)空(kong)(kong)氣的(de)(de)(de)(de)密(mi)度(du)，其儲能(neng)(neng)密(mi)度(du)（單位(wei)儲氣容(rong)積的(de)(de)(de)(de)發電量）是壓(ya)縮(suo)空(kong)(kong)氣儲能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)15-20倍，不需要依賴特殊地理條件（地下鹽穴、礦井），也(ye)無需使用(yong)大(da)量高壓(ya)容(rong)器，系統無任何安全性(xing)問題。正是基(ji)于(yu)其顯(xian)著(zhu)優勢，液(ye)態空(kong)(kong)氣儲能(neng)(neng)有望成(cheng)為(wei)最具發展前景(jing)的(de)(de)(de)(de)新興能(neng)(neng)源技(ji)術之一，也(ye)是未來智能(neng)(neng)電網的(de)(de)(de)(de)主流支撐技(ji)術之一。

低溫蓄冷技術是液空儲能核心

從(cong)液態(tai)空(kong)氣儲(chu)能的實踐看，英(ying)國(guo)(guo)Highview公司和(he)伯明翰大學(xue)正在(zai)對液態(tai)空(kong)氣儲(chu)能技術進行研發(fa)及產業化(hua)，于(yu)2012年在(zai)英(ying)國(guo)(guo)建成350kW/2.5MWh實驗平(ping)臺。同(tong)時，該團隊于(yu)2014年開(kai)始建造5MW/15MWh示范(fan)項目(mu)，并正在(zai)美國(guo)(guo)開(kai)展50MW/250MWh儲(chu)能電站(zhan)建設(she)，將在(zai)2022年開(kai)始運轉。

在(zai)國內，2017年中科(ke)院理(li)化所團隊在(zai)廊(lang)坊中試基地(di)完成了100kW低溫液態(tai)空氣儲能示(shi)范(fan)平(ping)臺的(de)建設，取得了良(liang)好的(de)實驗(yan)結果，蓄冷效率達(da)到了90%，系統整體效率可達(da)60%，達(da)到國際領先水平(ping)。

低溫(wen)蓄(xu)冷(leng)(leng)技(ji)術是液(ye)態(tai)空(kong)(kong)氣(qi)儲(chu)能(neng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)核心，決定系(xi)(xi)統(tong)(tong)能(neng)量轉(zhuan)化(hua)(hua)率。依(yi)托(tuo)低溫(wen)蓄(xu)冷(leng)(leng)技(ji)術可以存儲(chu)液(ye)態(tai)空(kong)(kong)氣(qi)復溫(wen)過程中(zhong)(zhong)產生的(de)高品位冷(leng)(leng)能(neng)，可以用于預(yu)冷(leng)(leng)液(ye)化(hua)(hua)系(xi)(xi)統(tong)(tong)中(zhong)(zhong)的(de)高壓(ya)空(kong)(kong)氣(qi)，大幅增(zeng)加了空(kong)(kong)氣(qi)液(ye)化(hua)(hua)率。中(zhong)(zhong)科院(yuan)理化(hua)(hua)所在(zai)該領域(yu)開(kai)展了多年研究，團(tuan)隊與國家電網科研團(tuan)隊密切合作，在(zai)新(xin)型蓄(xu)冷(leng)(leng)介質、深低溫(wen)冷(leng)(leng)能(neng)傳(chuan)遞機理等基礎研究，以及新(xin)型蓄(xu)冷(leng)(leng)工(gong)藝和結構設計等方面取得了一系(xi)(xi)列(lie)原創成(cheng)果。

2020年，團(tuan)隊搭建(jian)了500kW級固相蓄(xu)(xu)冷工程驗證平(ping)臺(tai)，可實(shi)現大功率(lv)模塊化串(chuan)、并聯蓄(xu)(xu)冷；搭建(jian)了100kW級混(hun)合工質(zhi)蓄(xu)(xu)冷工程驗證平(ping)臺(tai)，可實(shi)現多(duo)種蓄(xu)(xu)冷工質(zhi)的(de)低溫蓄(xu)(xu)冷實(shi)驗，并完成(cheng)了-160℃溫區的(de)混(hun)合工質(zhi)測(ce)試。

同時(shi)，團隊(dui)完成(cheng)了液空(kong)儲能系(xi)統和風(feng)電(dian)、太陽(yang)能光熱、燃(ran)氣輪機調峰電(dian)站、深度調峰火電(dian)廠及LNG接收站的深度耦(ou)合應(ying)用研究，建立(li)了多(duo)個功率等級基于液空(kong)儲能的多(duo)能互補(bu)和多(duo)能聯供(gong)系(xi)統工程化實施(shi)方案(an)以及經濟分析模型，促(cu)進了液空(kong)儲能技術(shu)在智慧綜(zong)合能源領域的應(ying)用。

建議推進百兆瓦級液空儲能技術研究

針對(dui)液(ye)(ye)態空氣儲能(neng)(neng)大功率(lv)，高(gao)能(neng)(neng)量(liang)轉換效率(lv)、高(gao)可靠性(xing)(xing)的需求(qiu)，未(wei)來(lai)建(jian)議開展百兆瓦級(ji)高(gao)效液(ye)(ye)態空氣儲能(neng)(neng)系(xi)統共性(xing)(xing)關鍵技(ji)術(shu)(shu)研(yan)究(jiu)，重點部署大功率(lv)液(ye)(ye)態空氣儲能(neng)(neng)關鍵工(gong)藝研(yan)究(jiu)、冷(leng)/熱能(neng)(neng)多級(ji)儲存利用技(ji)術(shu)(shu)研(yan)究(jiu)、高(gao)效寬工(gong)況壓縮/膨脹(zhang)技(ji)術(shu)(shu)研(yan)究(jiu)、系(xi)統集成及運行控制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)研(yan)究(jiu)。

目(mu)前，儲能(neng)商業模式并不明晰，且(qie)液(ye)態(tai)空氣儲能(neng)技術尚處于(yu)示范(fan)到商業化應(ying)用的(de)(de)過渡(du)階段(duan)。我們認(ren)為，積極(ji)開展(zhan)液(ye)態(tai)空氣儲能(neng)在(zai)發(fa)電側(ce)、電網側(ce)和用戶側(ce)等(deng)不同應(ying)用場景中應(ying)用分析，將有(you)助(zhu)于(yu)該技術的(de)(de)廣(guang)泛(fan)推廣(guang)，獲得能(neng)源(yuan)投資企(qi)業、電網、用戶等(deng)各方的(de)(de)廣(guang)泛(fan)支持。同時(shi)，基于(yu)液(ye)態(tai)空氣儲能(neng)的(de)(de)大規模長時(shi)儲能(neng)的(de)(de)優勢，在(zai)傳(chuan)統(tong)分散儲能(neng)設(she)備的(de)(de)基礎上，研(yan)究大規模共(gong)享(xiang)儲能(neng)將會(hui)釋放液(ye)態(tai)空氣儲能(neng)更(geng)大的(de)(de)商業價值。