钜大LARGE | 点击量：1165次 | 2019年06月06日
储能是影响未来能源格局的关键技术
储能是影响未来能源格局的关键技术，对提高能源利用效率、促进新能源产业发展、推动能源战略转型有重要意义。“十二五”以来，国家大力推动节能环保产业，风电、光伏等分布式能源发展迅速，然而分布式能源具有间歇式的特性，而电能是即发即用保持平衡的，因此，在用电低谷期，大量的分布式能源难以得到有效利用。目前我国风电装机居世界第一，但风电年平均利用小时数尚不足2000小时。
大规模储能技术是可再生能源普及并有效应用的关键所在。但如何大容量、经济、高效地储存电力，是科学界至今没有解决的难题。面对能源的浪费和环境气候日益恶劣的严峻考验，推动储能技术的发展迫在眉睫。
2014年11月，在国务院办公厅印发的“能源发展战略行动计划”中，储能首次被作为“9个重点创新领域”和“20个重点创新方向”之一写入国家级能源规划文件，其战略地位进一步提升。
早在2012年10月，国家电网公司就卓有远见地将“压缩空气储能发电关键技术及工程实用方案研究”立为公司重大科技项目，由清华大学、中科院理化技术研究所及中国电科院共同承担。近日，该项目成果“500kW非补燃压缩空气储能发电示范系统”首次实现了发电，成功破解大规模储能难题，可以预见，该技术的推广应用必将极大地释放新能源产业的活力，为我国能源转型、节能环保，实现“绿色中国”提供有力的支撑。本刊记者专访了项目负责人卢强院士，请他深入解读该技术的创新点和发展前景。
技术创新：无需燃烧天然气
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
《国家电网》：压缩空气储能技术的发电原理是怎样的？目前这项技术在世界上发展状况如何？
卢强：压缩空气储能技术是将弃光、弃风、弃水或低谷电通过多级压缩机把电能转换为分子势能存入压力储气装置，待发电时通过释放高压气流，射入压气透平机带动发电机实现发电。大规模的压缩空气储能对于聚纳废弃的新能源、削峰填谷、增加旋转备用等方面具有重大意义。目前压缩空气储能技术分为补燃式、储热式和无热源三种形式，国际上用得较多的是补燃式，如德国与美国。所谓补燃式压缩空气储能乃以燃烧天然气为主，把存储的压缩空气给燃气轮机补氧，以求提高其效率，故其本质仍然是燃气轮机，其主要消耗的能源仍是化石能源，即天然气。首先我国天然气依赖进口；再者，有燃烧就会产生碳排放，这也是目前补燃式压缩空气电站的主要问题所在，故这种储能方式显然不符合我国国情。而国家电网公司的这项研发成果却达到了真正意义上的零排放，既无二氧化碳又无PM2.5。
《国家电网》：和国外相比，我们的技术有什么创新之处？
卢强：其主要创新点即无需燃烧天然气，这一点我在上一个问题中已说过，这里再补充几点。国家电网公司该项专利技术，用以做功的“功质”是纯空气，且能源是弃风、弃光和低谷电，主要是在于“弃电”的利用，其社会经济效率高；再者，该系统在发电的同时会排出大量的冷气（约4℃）。它是蔬菜和水果保鲜冷库所求之不得的，它将极大降低保鲜冷库相当昂贵的成本；还有，该系统在压气机工作中会产生大量热能，可将冷却水温加至80℃，可用热泵原理加以提高其热能品质，给城市居民和蔬菜大棚供暖。这样它就成为冷热电三联供的系统，而这正是当今欧美能源部门所大力提倡和热捧的技术；另外，国家电网公司的这项成果还有一项创新，就是将部分压缩热加以回收再利用，以提高气轮机入口空气的温度，所以这项重大项目所研发的系统其“电换电”的效率高于欧美各国。
和国外相比，我们的实际效率更高。比如德国建设了世界上第一个压缩空气储能电站，它的效率是42%。要注意这个效率是综合效率，不是电换电的效率，因为它中间加入了天然气的燃烧，如果按照“电换电”的效率来算，其效率应该是在20%左右。
高效储存：电换电效率41%
《国家电网》：与国外的压缩空气储能电站相比，该示范系统的高效如何体现？
卢强：和国外相比，我们的实际效率更高。比如德国建设了世界上第一个压缩空气储能电站，它的效率是42%。要注意这个效率是综合效率，不是电换电的效率，因为它中间加入了天然气的燃烧，如果按照“电换电”的效率来算，他们的效率应该是在20%左右。因为我们有了上述的创新，国家电网公司所研发的该系统，其“电换电”的效率可达到40%左右。
目前我国风电装机容量是世界第一，我国千万千瓦级的风电场有8个，但是风电利用率较低。在我国，能源的浪费是最大的浪费，面对能源浪费，科研人员有责任、有义务积极研发新技术，来合理利用废弃能源。该项目正是为响应中央创新号召而立，国家电网公司高瞻远瞩，将无燃烧压缩空气储能列入重大科技项目。现在，无燃烧的压缩空气储能发电示范系统发电成功，它的推广应用可减少“后夜风”的浪费，同时可缓解用电高峰时段电能不足的苦恼。
《国家电网》：与国外的压缩空气储能电站相比，该示范系统的高效如何体现？
卢强：与其他储能方式相比，压缩空气储能也占有优势。除压缩空气储能之外，目前主要的储能技术是抽水蓄能和锂电池。抽水蓄能是目前主流的储能方式，它功率大、容量大、寿命长、技术成熟，相对来讲成本较低，反应速度快，这些是它的优势。但它严格受到地理条件的制约。
锂电池价格贵、寿命短（约4年左右）。而压缩空气发电系统的寿命至少是40年，在40年内同容量的锂电池已更换了十次。故按照全寿命周期来计算价值，二者不在一个可比的档次上。同时，使用完了的锂电池如何处理至今也没有有效的对策。为了减少对环境的影响，我们还要建设专门处理废弃锂电池的工厂，这又是一笔很大的开支。目前我国使用的锂电池大都是从日本进口的，国产锂电池尚未完全过关，所以锂电池不是大规模储存电能的好方案。
综上所述，国家电网公司将“无燃烧压缩空气储能”列为重大科技项目是具有高度洞察力的，是具有战略性的决策。
《国家电网》：压缩空气储能与其他储能技术相比有怎样的优势？
冷热电三联供将会极大节省我国的能源消耗，具有巨大的综合效益。如果中国的海岛都用上该技术，不仅对环境改善意义重大，对特种安全也有诸多裨益。
综合效益：冷热电三联供
《国家电网》：这样一个冷热电三联供的系统要如何进行应用？
卢强：冷源和热源也是一种重要的能源。空气压缩时自然产生的热能可以用热泵原理进行多点远距离输送，输送距离可达80-100公里，可给一个城市提供供暖服务（这项技术在我国已经成熟）。同时，该系统在发电时会同时送出冷风，有的专家建议应该就地建一个蔬菜和水果的保鲜窖。当然，如果在海岛上，就可以直接把冷风当空调使用。总而言之，冷热电三联供将会极大节省我国的能源消耗，具有巨大的综合效益。该技术若首先在海岛上使用，一个小岛屿1万千瓦就够了。如果中国的海岛都用上该技术，不仅对环境改善意义重大，对特种安全也有诸多裨益。目前从技术上来讲已经成熟了，因此需要把创新成果尽快地转化为实际生产力。
《国家电网》：技术上成熟之后，下一步该如何产业化？
卢强：该项重大科技项目的研发其全部意义在于创新成果的产业化。国家电网公司的领导层立项的初衷就在于产业化、工程化的应用。我想下一步产业化的问题，国家电网公司的领导层会有进一步部署。这项国家电网公司的专利技术不仅会在我国各省市使用，也不排除走出国门的可能，因为任何电力系统都需要大规模的无污染的储能技术。
《国家电网》：这样一项重要技术要推广，需要国家政策怎样的支持？
卢强：国家应该制定更合理的电价政策，使得废弃电，低品位的电和高品位的电相应的价值得到合理区分。现在我国在这方面做得还不够，不细致。既然电能和热能一样有高低品位之分，那么在价格上就应该有明显的区分，这样国企、银行和私人资本才有积极性去投资。可以说，这样一项技术的推广甚至不需要国家大量出资，只要制定一套合理的政策，就会有源源不断的资金进入，最终形成“大生产力”。
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