隨著新能源滲透率的快速攀升，其出力波動(dòng)加大，負(fù)荷側(cè)不確定性增加，導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)長時(shí)間、大規(guī)模儲(chǔ)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(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能外，液態(tài)空氣儲(chǔ)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(chǔ)能與空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)一樣以空氣為主要儲(chǔ)能材料，具有能量密度高、占地面積小、單位儲(chǔ)能容量成本低的優(yōu)勢(shì)，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(shí)長、大容量的儲(chǔ)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(bào)》記者采訪時(shí)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(chǔ)能的研究。其中，江蘇金合能源科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“江蘇金合”)多個(gè)液態(tài)空氣儲(chǔ)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(jì)首臺(tái)套項(xiàng)目有望在年內(nèi)開工，這將加快液態(tài)空氣儲(chǔ)能商業(yè)化進(jìn)程。
優(yōu)勢(shì)突出
液態(tài)空氣儲(chǔ)能由壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)能不同，液態(tài)空氣儲(chǔ)能壓縮后的氣體不進(jìn)入儲(chǔ)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(chǔ)存。
“液態(tài)空氣儲(chǔ)能的儲(chǔ)能密度是壓縮空氣儲(chǔ)能的10—40倍，可以在較小的容器中儲(chǔ)存更多的能量。”丁玉龍進(jìn)一步指出，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)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(shì)。
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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(tái)5MW/15MWh商業(yè)示范電站的建設(shè)，再到目前在建全球首臺(tái)50MW/300MWh大規(guī)模商業(yè)液態(tài)空氣儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)路線百花齊放，液態(tài)空氣儲(chǔ)能如何找準(zhǔn)定位?
丁玉龍指出，各種儲(chǔ)能技術(shù)可按照存儲(chǔ)時(shí)長劃分為短時(shí)、中時(shí)和長時(shí)儲(chǔ)能。短時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)主要包括電池、超級(jí)電容、飛輪儲(chǔ)能等，存儲(chǔ)時(shí)間一般不超過幾小時(shí)，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(shí)儲(chǔ)能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、液態(tài)空氣儲(chǔ)能、液流電池和儲(chǔ)熱等，存儲(chǔ)時(shí)間在幾小時(shí)到幾個(gè)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(chǎng)景是每天充放一次;長時(shí)儲(chǔ)能則包括氫儲(chǔ)能、熱化學(xué)儲(chǔ)能等，具備跨季節(jié)乃至跨年的儲(chǔ)能能力，每年循環(huán)次數(shù)一般在個(gè)位數(shù)。
同屬中時(shí)儲(chǔ)能，各技術(shù)也各具特點(diǎn)。丁玉龍指出，抽水蓄能儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能具有儲(chǔ)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(chǔ)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(jià)格高昂，與壓縮空氣儲(chǔ)能和抽水蓄能相比，投資成本較高。
“盡管液態(tài)空氣儲(chǔ)能與壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能除了作為規(guī)模化儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(jì)，到2050年，我國短時(shí)儲(chǔ)能需求量為幾個(gè)TWh，中時(shí)儲(chǔ)能需求量為幾十TWh，而長時(shí)儲(chǔ)能需求量在幾百TWh。“長時(shí)儲(chǔ)能因?yàn)檠h(huán)次數(shù)少，可視為能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備。而中時(shí)儲(chǔ)能可以代替部分長時(shí)儲(chǔ)能，因此未來對(duì)中時(shí)儲(chǔ)能的需求較大，液態(tài)空氣儲(chǔ)能無疑將迎來廣闊的應(yīng)用前景。”
今年以來，市場(chǎng)也加快了液態(tài)空氣儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能項(xiàng)目的實(shí)施。2022年12月，河北建投國融能源申報(bào)的液態(tài)空氣儲(chǔ)能科技攻關(guān)項(xiàng)目，被列為河北省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目。
江蘇金合在液態(tài)空氣儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣的國家級(jí)專精特新“小巨人”企業(yè)和國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，已掌握液態(tài)空氣儲(chǔ)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(chǔ)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(huì)估算。首先，首臺(tái)套項(xiàng)目成本預(yù)計(jì)較高，隨著規(guī)模化推廣應(yīng)用，價(jià)格還會(huì)快速下行;其次，項(xiàng)目成本不是設(shè)備價(jià)格的簡(jiǎn)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(jià)與應(yīng)用場(chǎng)景息息相關(guān)，不同應(yīng)用場(chǎng)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(chǔ)能度電成本和壓縮空氣、抽水蓄能處于同一價(jià)格區(qū)間。隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)容量增大，造價(jià)將趨于下降，8小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)功率達(dá)到100MW時(shí)，單位造價(jià)相比10MW預(yù)測(cè)可下降46%。
在丁玉龍看來，液態(tài)空氣儲(chǔ)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(duì)于各種儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)準(zhǔn)入、退出、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、招商引資等，應(yīng)予以同等對(duì)待，給予各種技術(shù)公平競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。