如今，太阳能、风能等可再生能源

已成为城市清洁电力的重要来源

但这类能源存在短板

即供应具有不稳定性

白天日照充足时或大风天气时

太阳能发电量常大幅超过即时需求

而当太阳落山、风力停歇时

电网又会面临电力供应不足的困境

 

若有 “超级充电宝” 能储存多余电力

并按需转化回电能

便可有效解决这一问题

  

当前，大规模储能技术主要有

电池储能、抽水蓄能和压缩空气储能

但各自存在局限

 

抽水蓄能受严苛的自然条件限制

需考虑上下水库的地理格局

还易受天气影响

电池储能的灵活性有一定优势

却面临使用寿命与成本的双重困境

压缩空气储能

需制作体积庞大、壁厚惊人的容器

造价成本飙升

且依赖天然盐穴存储压缩空气的方式

受地理分布限制显著

难以在全国范围内普及

 

这些技术瓶颈让能源领域不断追问

是否存在一种新的储能方式

既能摆脱地理条件的束缚

又兼有体积小巧、成本可控的优势

 

中国科学院理化技术研究所王俊杰研究员团队

经无数日夜攻关找到了解决办法

团队最初研究压缩空气储能技术

进而发现了液态空气储能技术这条路线

他们思考能否将低温技术应用到储能领域

把常温气体通过压缩冷却到-194℃

使其变成液态空气来存储

液态空气的体积仅为常规气体的750分之一

能在很小空间内储存较多能量

 

通过实验，能够直观感受到

温度降低对气体压力或体积的影响

把气球放入液氮中

随着气球温度降低

内部空气降温液化，气球逐渐变瘪

 

简单来说，液态空气储能

就是在电网电力过剩时

用过剩电力驱动压缩机做功

将空气加压降温转化为液态

依据能量守恒定律

这一过程消耗的“过剩电力”

实际是换了一种能量形式存储在液态空气中

 

当用电高峰来临时

再将液态空气升温并气化膨胀

推动膨胀机发电

把储存的能量重新转化为电能

通过这种方式

可调节电力供需，保障电网稳定运行

 

液态空气储能技术最大的优势是

不受地理条件限制

通常能“吃粗粮、干细活”

适合建在风光发电厂附近

有利于电网技术发展

其使用的原料是大气中

取之不尽、用之不竭的常规空气

整个运行过程中没有任何污染物排出

运行低碳、环保、可靠、安全且寿命长

 

在青海格尔木广袤的戈壁滩上

矗立着一座能源堡垒

这是全球在建规模最大的

60MW/600MWh液态空气储能示范项目

拥有完全的自主知识产权

多项核心指标达到世界领先水平

设备自主化率达到了100%

 

通俗来讲，这个储能电站

一天运行一次

可存储60万度电

一年能存储1.8亿度电

可供3万户家庭使用一年

 

整个园区由压缩膨胀单元、液化单元和储冷储热单元构成

当电网电力过剩时

“过剩电力”会驱动压缩机

将净化后的空气压缩为高压高温空气

经换热器降温冷却后

这些空气流入冷箱进行液化处理

液化后的空气会被储存在低温储罐中

至此完成空气的液化和存储

 

同时，空气压缩产生的热能不会被浪费

会被循环水带走

以热水形式存储在高压球罐中

这就是液态空气储能的“储能”环节

   

当用电高峰来临时

存储的液态空气会经过加压后重新进入冷箱

液态空气在冷箱中被蓄冷介质加热气化

之后送入膨胀机侧换热器

 

同时，高压球罐中的热水

会在换热器中对空气进行加热

加热后形成的高压高温空气

在膨胀机中膨胀做功

带动发电机发电

通过这样的过程

成功将能量转换成电能

送入电网，这就是“释能”环节

 

智能控制中心

是整个电站的神经中枢和智慧大脑

在这里，能够实时监控

上百套设备和数千个工艺参数

通过3D建模和数字化仿真

大屏全景呈现空气从被压缩、冷却到液化

再到复温发电的每一步流程

自动化控制让整个储能系统

运行既安全又高效

 

同时，控制系统还会从现场

反馈成千上百条数据

这些设备在操作人员

和智慧大脑的控制下相互配合

最终实现整个液态空气储能电站的

高效充电和发电

 

这项技术的应用前景

远不止于储存电能

液态空气储能技术的整个能量转化过程

涉及冷、热、气、电四个环节

它可以与这四个环节进行耦合

 

例如，在我国东南沿海

有一大批LNG接收站

在将LNG变成常温时

需要用海水来加热

这部分冷能实际是未被利用而浪费的能源

如果将LNG接收站的冷能与液态空气储能耦合

整个液态空气储能的效率会得到大大提升

 

此外，在工业场景中

很多工厂会产生大量未被利用的余热、废热

若把这些余热与液态空气储能相结合

整个发电效率会很高

能提高能源利用效率

液态空气储能不仅能输出电

还可以输出蒸汽

凭借这一特性

可以为工厂建立一个新型的能源系统

与冷能、热能的耦合

为工业园区提供综合能源服务

液态空气储能技术正展现出越来越多的可能性

 

随着液态空气储能技术的不断成熟和发展

它将在全球能源舞台上扮演更为重要的角色

液态空气储能技术是推动我国能源转型

实现“双碳”目标的重要支柱

同时，它也将为全球能源可持续发展

贡献中国智慧与中国方案

 

　　《智造未来》系列科普视频每集聚焦一项近年来我国进行科研攻关的关键核心技术，通过专家访谈、实地拍摄、动画演绎等多种形式，结合多样化的表现手法，以技术的演进路线为主轴，通俗阐释其对产业变革、经济发展、社会进步的深远影响，呈现一堂永不落幕的“科学公开课”，吸引更多年轻人奔赴科技的“星辰大海”。

 

出品｜中国科学技术馆

摄制｜光明网

特别鸣谢｜中国科学院理化技术研究所

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