中国科学院院士卢强： 让压缩空气储能驱动能源转型

卢强院士认为，压缩空气储能是减少弃电、提高可再生能源利用效率的最佳方式，是新时代能源革命的主要组成部分。

日前，山西大同同煤集团云冈矿压缩空气储能项目正式开工。中国科学院院士、清华大学教授卢强的团队又开始了新一阶段的忙碌。长期致力于压缩空气储能技术的科研和工程实践，卢强成功主持了安徽芜湖、江苏常州等多个压缩空气储能项目。压缩空气到底如何储能？它的技术前景又如何呢？为此，本报记者专访了卢强。

“后半夜的风电、小水电和正午的光伏发电，不小的一部分在不少地区都被丢弃了。用一句外交辞令可以说是‘令人遗憾’。须知，节约的能源就是最绿的能源——The greenest energy is the energy saved，这是外企的一位专家说的。用这些被弃的电能，当然还有低谷电去启动空气压缩机，把电能转化成空气分子势能存储到一个空间里，等到用电高峰时段把这些高温、高压气流释放出来，喷入涡轮机做功，带动发电机发电，这就是压缩空气储能。”卢强用能量转换的知识向记者科普了压缩空气储能的原理。

国家能源局统计数据显示，今年前三季度，我国主要流域弃水电量244亿千瓦时，全国弃风、弃光电量分别达到128亿和32.5亿千瓦时。在卢强看来，压缩空气储能是减少弃电、提高可再生能源利用效率的最佳方式。“其实就是物理变化，基本原理就那么简单。当然，做起来还是有点复杂，要下点功夫。”

卢强说的“下点功夫”是从“热力学”开始的。“带动发电机发电的是高温、高压的空气，要想提高储能效率，到底该把注意力放在温度上还是放在压力上？”带着这样的问题，自称“热力学初学者”的卢强说，“我发现在一定范围内，随着压力增加，气压超过110个大气压后，效率曲线的上升出现‘饱和’现象；但是随着温度的增加，效率曲线基本上是直线上升（我只算到450℃）。那我们为什么不把主要精力放在提高温度上？”

因此，卢强决定，加压到100个大气压即可。

“国家电网公司是第一个支持我们做试验示范工程的企业。当时他们没有给我们很大压力，只说‘电效率能达30%就不错了’，结果实测效率略大于40%。”卢强说。

卢强一直想把压缩空气储能的第一个工程项目放在他家乡安徽，当地政府和地方电力公司也给予了大力支持，于是世界首台无补燃500kW压缩空气储能示范工程就在安徽做成了。

“接着我们团队又在青海大学做了第二个工程项目，压缩机的导热介质不再是水，而是导热油，发电效率到了50%。再往后，在国家发改委、国家能源局下达的60兆瓦示范工程中我们采用了导热熔岩，温度提到380℃，电效率将达到60%以上。”

得益于项目电效率连上台阶的大好势头，清华大学电力系统国家重点实验室的压缩空气储能也受到了越来越多的关注。

日前，启迪清洁能源集团正联合同煤集团，利用同煤集团大同云冈矿北巷道作为储气库，计划在大同兴建数百兆瓦级的压缩空气储能工程。目前首期60兆瓦工程已经开工。

“云冈矿周围环山，山体稳定，能耐高压气体。”卢强团队研究技术，也注意经济性，“废弃的煤矿巷道本来对企业来讲是‘包袱’，现在就会变成资源了，一举多赢。”

最后当记者问起中国版的压缩空气储能优越性时，卢强说该创新工程有六大优点：第一，成为电网削峰填谷的主力，逐渐做到不让高效火电机组（超临界、超超临界机组）“深度调峰”，以免降低其效率；第二，以1:100配置，可在现有基础上大幅提高风电、光伏发电等天然绿能的利用率约20%。以2018年约332亿千瓦时的弃风、弃光电量计算，每年可减少弃电量超过60亿千瓦时；第三，自始至终零排放。大力发展后，我国还可在碳交易中受益；第四，长寿命，全寿命周期为40—50年；第五，电、热、冷、磁四联供。这里的“磁”指的是调相。把这四者用好，总效益可达约90%以上；第六，在紧急情况下，可有力支撑和控制电网有功、无功，防止大停电事故发生。

“总之，让我们共同努力，给中国和‘一带一路’国家一个分散的但总能量巨大的天然绿能库——压缩空气储能，这是新时代能源革命的主要组成部分。”卢强说。

随着电池储能系统装机容量在各个市场的增长，最终使电力监管市场部署的储能系统容量相比相形见绌。随着美国能源市场越来越多地采用风力发电、太阳能发电和电池储能系统，传统发电设施可能会寻求在未来的能源市场重新定位，这可能重新调整这些可调度资源用于辅助服务，并进一步开拓电池储能系统的盈利机会。

电力监管市场中出现的价格和利润下降问题很可能转化为其他辅助服务市场的类似影响，由于这些产品通常价值较低，并且没有表现出电池储能系统固有的技术优势，因此它们最初可能对增加新的电池储能系统部署具有更大的弹性。

举例来说，对于2021年以加州独立系统运营商(CAISO)市场开始投入使用的电池储能系统，PA咨询公司预测，加利福尼亚州的电力监管市场和辅助服务市场收入将逐步下降，随着其市场的饱和，电池储能系统的部署需要寻求新的市场机会。

很少有迹象表明，随着间歇性发电水平的提高以及预计到2022年在美国投入使用的电池储能装机容量超过3000MW，辅助服务需求将显著增加，因此，电池储能投资者需要在辅助服务市场上明智地调整对未来收益的预期，则主要关注政策支持、电力定价差异和不断变化的资源组合带来的市场机会。（来源：中国能源报）