鉅大LARGE | 點擊量：1172次 | 2019年06月06日
儲能是影響未來能源格局的關鍵技術
儲能是影響未來能源格局的關鍵技術，對提高能源利用效率、促進新能源產業發展、推動能源戰略轉型有重要意義。“十二五”以來，國家大力推動節能環保產業，風電、光伏等分布式能源發展迅速，然而分布式能源具有間歇式的特性，而電能是即發即用保持平衡的，因此，在用電低谷期，大量的分布式能源難以得到有效利用。目前我國風電裝機居世界第一，但風電年平均利用小時數尚不足2000小時。
大規模儲能技術是可再生能源普及并有效應用的關鍵所在。但如何大容量、經濟、高效地儲存電力，是科學界至今沒有解決的難題。面對能源的浪費和環境氣候日益惡劣的嚴峻考驗，推動儲能技術的發展迫在眉睫。
2014年11月，在國務院辦公廳印發的“能源發展戰略行動計劃”中，儲能首次被作為“9個重點創新領域”和“20個重點創新方向”之一寫入國家級能源規劃文件，其戰略地位進一步提升。
早在2012年10月，國家電網公司就卓有遠見地將“壓縮空氣儲能發電關鍵技術及工程實用方案研究”立為公司重大科技項目，由清華大學、中科院理化技術研究所及中國電科院共同承擔。近日，該項目成果“500kW非補燃壓縮空氣儲能發電示范系統”首次實現了發電，成功破解大規模儲能難題，可以預見，該技術的推廣應用必將極大地釋放新能源產業的活力，為我國能源轉型、節能環保，實現“綠色中國”提供有力的支撐。本刊記者專訪了項目負責人盧強院士，請他深入解讀該技術的創新點和發展前景。
技術創新：無需燃燒天然氣
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
《國家電網》：壓縮空氣儲能技術的發電原理是怎樣的？目前這項技術在世界上發展狀況如何？
盧強：壓縮空氣儲能技術是將棄光、棄風、棄水或低谷電通過多級壓縮機把電能轉換為分子勢能存入壓力儲氣裝置，待發電時通過釋放高壓氣流，射入壓氣透平機帶動發電機實現發電。大規模的壓縮空氣儲能對于聚納廢棄的新能源、削峰填谷、增加旋轉備用等方面具有重大意義。目前壓縮空氣儲能技術分為補燃式、儲熱式和無熱源三種形式，國際上用得較多的是補燃式，如德國與美國。所謂補燃式壓縮空氣儲能乃以燃燒天然氣為主，把存儲的壓縮空氣給燃氣輪機補氧，以求提高其效率，故其本質仍然是燃氣輪機，其主要消耗的能源仍是化石能源，即天然氣。首先我國天然氣依賴進口；再者，有燃燒就會產生碳排放，這也是目前補燃式壓縮空氣電站的主要問題所在，故這種儲能方式顯然不符合我國國情。而國家電網公司的這項研發成果卻達到了真正意義上的零排放，既無二氧化碳又無PM2.5。
《國家電網》：和國外相比，我們的技術有什么創新之處？
盧強：其主要創新點即無需燃燒天然氣，這一點我在上一個問題中已說過，這里再補充幾點。國家電網公司該項專利技術，用以做功的“功質”是純空氣，且能源是棄風、棄光和低谷電，主要是在于“棄電”的利用，其社會經濟效率高；再者，該系統在發電的同時會排出大量的冷氣（約4℃）。它是蔬菜和水果保鮮冷庫所求之不得的，它將極大降低保鮮冷庫相當昂貴的成本；還有，該系統在壓氣機工作中會產生大量熱能，可將冷卻水溫加至80℃，可用熱泵原理加以提高其熱能品質，給城市居民和蔬菜大棚供暖。這樣它就成為冷熱電三聯供的系統，而這正是當今歐美能源部門所大力提倡和熱捧的技術；另外，國家電網公司的這項成果還有一項創新，就是將部分壓縮熱加以回收再利用，以提高氣輪機入口空氣的溫度，所以這項重大項目所研發的系統其“電換電”的效率高于歐美各國。
和國外相比，我們的實際效率更高。比如德國建設了世界上第一個壓縮空氣儲能電站，它的效率是42%。要注意這個效率是綜合效率，不是電換電的效率，因為它中間加入了天然氣的燃燒，如果按照“電換電”的效率來算，其效率應該是在20%左右。
高效儲存：電換電效率41%
《國家電網》：與國外的壓縮空氣儲能電站相比，該示范系統的高效如何體現？
盧強：和國外相比，我們的實際效率更高。比如德國建設了世界上第一個壓縮空氣儲能電站，它的效率是42%。要注意這個效率是綜合效率，不是電換電的效率，因為它中間加入了天然氣的燃燒，如果按照“電換電”的效率來算，他們的效率應該是在20%左右。因為我們有了上述的創新，國家電網公司所研發的該系統，其“電換電”的效率可達到40%左右。
目前我國風電裝機容量是世界第一，我國千萬千瓦級的風電場有8個，但是風電利用率較低。在我國，能源的浪費是最大的浪費，面對能源浪費，科研人員有責任、有義務積極研發新技術，來合理利用廢棄能源。該項目正是為響應中央創新號召而立，國家電網公司高瞻遠矚，將無燃燒壓縮空氣儲能列入重大科技項目。現在，無燃燒的壓縮空氣儲能發電示范系統發電成功，它的推廣應用可減少“后夜風”的浪費，同時可緩解用電高峰時段電能不足的苦惱。
《國家電網》：與國外的壓縮空氣儲能電站相比，該示范系統的高效如何體現？
盧強：與其他儲能方式相比，壓縮空氣儲能也占有優勢。除壓縮空氣儲能之外，目前主要的儲能技術是抽水蓄能和鋰電池。抽水蓄能是目前主流的儲能方式，它功率大、容量大、壽命長、技術成熟，相對來講成本較低，反應速度快，這些是它的優勢。但它嚴格受到地理條件的制約。
鋰電池價格貴、壽命短（約4年左右）。而壓縮空氣發電系統的壽命至少是40年，在40年內同容量的鋰電池已更換了十次。故按照全壽命周期來計算價值，二者不在一個可比的檔次上。同時，使用完了的鋰電池如何處理至今也沒有有效的對策。為了減少對環境的影響，我們還要建設專門處理廢棄鋰電池的工廠，這又是一筆很大的開支。目前我國使用的鋰電池大都是從日本進口的，國產鋰電池尚未完全過關，所以鋰電池不是大規模儲存電能的好方案。
綜上所述，國家電網公司將“無燃燒壓縮空氣儲能”列為重大科技項目是具有高度洞察力的，是具有戰略性的決策。
《國家電網》：壓縮空氣儲能與其他儲能技術相比有怎樣的優勢？
冷熱電三聯供將會極大節省我國的能源消耗，具有巨大的綜合效益。如果中國的海島都用上該技術，不僅對環境改善意義重大，對特種安全也有諸多裨益。
綜合效益：冷熱電三聯供
《國家電網》：這樣一個冷熱電三聯供的系統要如何進行應用？
盧強：冷源和熱源也是一種重要的能源。空氣壓縮時自然產生的熱能可以用熱泵原理進行多點遠距離輸送，輸送距離可達80-100公里，可給一個城市提供供暖服務（這項技術在我國已經成熟）。同時，該系統在發電時會同時送出冷風，有的專家建議應該就地建一個蔬菜和水果的保鮮窖。當然，如果在海島上，就可以直接把冷風當空調使用。總而言之，冷熱電三聯供將會極大節省我國的能源消耗，具有巨大的綜合效益。該技術若首先在海島上使用，一個小島嶼1萬千瓦就夠了。如果中國的海島都用上該技術，不僅對環境改善意義重大，對特種安全也有諸多裨益。目前從技術上來講已經成熟了，因此需要把創新成果盡快地轉化為實際生產力。
《國家電網》：技術上成熟之后，下一步該如何產業化？
盧強：該項重大科技項目的研發其全部意義在于創新成果的產業化。國家電網公司的領導層立項的初衷就在于產業化、工程化的應用。我想下一步產業化的問題，國家電網公司的領導層會有進一步部署。這項國家電網公司的專利技術不僅會在我國各省市使用，也不排除走出國門的可能，因為任何電力系統都需要大規模的無污染的儲能技術。
《國家電網》：這樣一項重要技術要推廣，需要國家政策怎樣的支持？
盧強：國家應該制定更合理的電價政策，使得廢棄電，低品位的電和高品位的電相應的價值得到合理區分。現在我國在這方面做得還不夠，不細致。既然電能和熱能一樣有高低品位之分，那么在價格上就應該有明顯的區分，這樣國企、銀行和私人資本才有積極性去投資。可以說，這樣一項技術的推廣甚至不需要國家大量出資，只要制定一套合理的政策，就會有源源不斷的資金進入，最終形成“大生產力”。
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