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英國皇家工程院院士丁玉龍:液態(tài)空氣儲能大有可為

中國能源報發(fā)布時間:2023-10-31 14:43:05

  液態(tài)空氣儲能作為一項高潛力的新技術正在快速興起。

  隨著新能源滲透率的快速攀升,其出力波動加大,負荷側不確定性增加,導致市場對長時間、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)空氣儲能作為一項高潛力的新技術正在快速興起。

  “液態(tài)空氣儲能與空氣壓縮儲能技術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,可靈活應用在發(fā)電側、輸配側和用戶端,是一項中時長、大容量的儲能技術。”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)空氣儲能項目已完成技術方案論證,正在辦理接入系統(tǒng)批復等前期手續(xù);預計首臺套項目有望在年內開工,這將加快液態(tài)空氣儲能商業(yè)化進程。

  優(yōu)勢突出

  液態(tài)空氣儲能由壓縮空氣儲能技術衍生而來,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入儲氣室,而是進入液化單元,使氣態(tài)空氣變成液態(tài)空氣進行儲存。

  “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。”丁玉龍進一步指出,傳統(tǒng)壓縮空氣儲能建設需要具備地下鹽穴、礦井等特殊地理條件,液態(tài)空氣儲能則擺脫了類似地理條件要求,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70年代,英國人斯密斯率先提出液態(tài)空氣儲能技術的概念;隨后日本三菱、日立等公司開展了液態(tài)空氣儲能的技術研究,但并沒有獲得實質進展。直至2005年左右,丁玉龍團隊在國際上首次提出了先進液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)技術,并進行了部件和系統(tǒng)的實驗室規(guī)模實驗,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、實驗室小系統(tǒng)實驗,到2018年完成首臺5MW/15MWh商業(yè)示范電站的建設,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)過示范應用,液態(tài)空氣儲能技術的可行性和可靠性已得到有效驗證。

  定位精準

  當前儲能技術路線百花齊放,液態(tài)空氣儲能如何找準定位?

  丁玉龍指出,各種儲能技術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、低容量和快速響應的特點,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速度等特點,典型運行場景是每天充放一次;長時儲能則包括氫儲能、熱化學儲能等,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,各技術也各具特點。丁玉龍指出,抽水蓄能儲能容量大、全生命周期成本低、技術最為成熟,占目前全球儲能裝機的80%以上,但選址受地理條件和水資源限制,適合建設的地方極為有限;壓縮空氣儲能具有儲能容量大和安全性好等特點,近幾年有了長足發(fā)展,但項目建設也受制于地理條件;液流電池儲能技術安全性好,目前只有全釩流電池實現(xiàn)規(guī)?;痉稇?,該技術由于釩價格高昂,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系。”丁玉龍指出,液態(tài)空氣儲能規(guī)??纱罂尚。皇艿乩項l件限制,更為靈活,可廣泛應用在可再生能源消納、電網(wǎng)調峰、分布式能源和綜合能源服務等領域。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,其效率可以達到75%—85%。”

  前景廣闊

  丁玉龍預計,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。“長時儲能因為循環(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產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,并推進青海海西60MW/600MWh液態(tài)空氣儲能項目的實施。2022年12月,河北建投國融能源申報的液態(tài)空氣儲能科技攻關項目,被列為河北省省級科技計劃項目。

  江蘇金合在液態(tài)空氣儲能項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研發(fā)和應用推廣的國家級專精特新“小巨人”企業(yè)和國家級高新技術企業(yè),已掌握液態(tài)空氣儲能技術的核心能力,公司正在福建、江蘇和上海等地推進相關項目的建設實施工作。

  “液態(tài)空氣儲能關鍵設備,如壓縮機、低溫膨脹機、液體泵和膨脹發(fā)電機等國產(chǎn)設備已較為成熟,產(chǎn)業(yè)鏈完備齊全,實際成本低于社會估算。首先,首臺套項目成本預計較高,隨著規(guī)?;茝V應用,價格還會快速下行;其次,項目成本不是設備價格的簡單疊加,系統(tǒng)集成后還存在一定的降本空間;最后,項目造價與應用場景息息相關,不同應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)功率達到100MW時,單位造價相比10MW預測可下降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的市場準入、退出、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、招商引資等,應予以同等對待,給予各種技術公平競爭的機會。

  文丨中國能源報記者 盧奇秀


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