中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，高比例可再生能源的季節(jié)性出力特征更加凸顯，長(zhǎng)時(shí)間尺度、大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)愈發(fā)表現(xiàn)出重要性。在我們較為熟知的、已投入商業(yè)應(yīng)用的大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)中，除了抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能以外，還有液化空氣儲(chǔ)能。
液化空氣儲(chǔ)能，即利用可再生電力將空氣液化儲(chǔ)存在低壓真空容器中，當(dāng)需要電力的時(shí)候，通過加壓和氣化，推動(dòng)氣體透平和發(fā)電機(jī)發(fā)電。
液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括空氣液化子系統(tǒng)、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷子系統(tǒng)和膨脹發(fā)電子系統(tǒng)，主要設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)、空氣凈化器、換熱器、儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱罐、汽化器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)等。其工作流程為：
首先，空氣經(jīng)過凈化設(shè)備去除雜質(zhì)后，經(jīng)壓縮機(jī)增壓，再膨脹降溫至液態(tài)空氣（-194℃），儲(chǔ)存到低溫低壓的絕熱儲(chǔ)罐中；
然后，液態(tài)空氣經(jīng)過低溫泵升壓、汽化器換熱后成為高溫高壓氣體，進(jìn)入膨脹發(fā)電機(jī)做功發(fā)電；
最后，壓縮過程中的高溫?zé)崮鼙粌?chǔ)存在儲(chǔ)熱罐中，用于提升膨脹機(jī)入口的空氣溫度，汽化過程中的冷能被儲(chǔ)存在儲(chǔ)能罐中，用于被液化過程提供預(yù)冷，降低液化過程的能耗。
液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可以存儲(chǔ)間歇性可再生能源和夜間電網(wǎng)中過剩的電能，存儲(chǔ)容量可達(dá)200兆瓦，儲(chǔ)能密度與鋰電池相當(dāng)，響應(yīng)速度為分鐘級(jí)，使用壽命超過20年，而儲(chǔ)存裝置卻相對(duì)較小，受地域限制因素影響較小，因此非常適合大部分地區(qū)推廣使用。
而與基于鹽穴的壓縮空氣儲(chǔ)能相比，液化空氣儲(chǔ)能不僅效率與之相當(dāng)，而且具有兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：
一是空氣液化后密度顯著增加，占用空間減少，擺脫了對(duì)大型地下儲(chǔ)氣穴的依賴，從而可在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)靈活配置；
二是液化空氣存儲(chǔ)在低壓絕熱儲(chǔ)罐中，存儲(chǔ)壓力顯著低于壓縮空氣，安全性更高，在人口較多的地區(qū)配置也具有很高的可行性。
當(dāng)然，液化空氣儲(chǔ)能也有它的劣勢(shì)。與前者相比，它增加了液化和氣化環(huán)節(jié)，流程更為復(fù)雜，系統(tǒng)的初始投資也會(huì)相應(yīng)增加。
液化空氣儲(chǔ)能的概念于1977年首次提出。在明確了其可行性后，研究人員便致力于推動(dòng)其商業(yè)化。英國(guó)Highview Power公司和利茲大學(xué)成立合資企業(yè)，設(shè)計(jì)和建造了世界上首座液化空氣儲(chǔ)能電站。
這座350千瓦/2.5兆瓦時(shí)的中試規(guī)模電站于2010年投入使用，并于2013年成功完成測(cè)試，之后被轉(zhuǎn)移到伯明翰大學(xué)作進(jìn)一步的研究與開發(fā)。該系統(tǒng)為液化空氣儲(chǔ)能的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，也激發(fā)了人們對(duì)該技術(shù)極大的研究興趣。
2018年6月，Highview Power公司在英國(guó)大曼徹斯特建設(shè)的一座5兆瓦/15兆瓦時(shí)的預(yù)商用液化空氣儲(chǔ)能電站投入運(yùn)營(yíng)。
后來，Highview Power公司在英格蘭北部、英國(guó)卡靈頓、智利阿塔卡瑪?shù)鹊馗鞑渴鹆艘蛔?0兆瓦的液化空氣儲(chǔ)能電廠，取名為CRYOBattery（意為深低溫電池），預(yù)計(jì)于2025年前投入使用。這將是全球首批并網(wǎng)運(yùn)行的液化空氣儲(chǔ)能電站。
我國(guó)也已開展了多個(gè)液化空氣儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或示范項(xiàng)目建設(shè)。
2017年，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)在廊坊中試基地完成了100千瓦低溫液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范平臺(tái)建設(shè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
2018年，蘇州同里綜合能源服務(wù)中心的500千瓦液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目建成投產(chǎn)，可為該園區(qū)提供500千瓦時(shí)的儲(chǔ)能服務(wù)。同時(shí)，利用溴化鋰?yán)錈犭p效機(jī)組給園區(qū)供冷和供熱，夏季每天的供冷量約2.9吉焦，冬季每天的供暖量可達(dá)4.4吉焦。
2022年以來，還有多家中央企業(yè)陸續(xù)宣布啟動(dòng)兆瓦級(jí)液化空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)。
目前，液化空氣儲(chǔ)能的關(guān)鍵設(shè)備，如空氣壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī)、低溫泵、低溫儲(chǔ)罐、膨脹發(fā)電機(jī)等，已在低溫空氣分離裝置中廣泛使用，技術(shù)成熟度較高，基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。
而液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中能否有效地存儲(chǔ)和使用冷量和熱量，是提高流程性能的關(guān)鍵，尤其是冷量的回收利用。研究表明，冷量損失對(duì)整體循環(huán)效率的影響，比熱量損失的影響要高出7倍。因此，下一階段，我們需要重點(diǎn)開展以下方面的技術(shù)攻關(guān)：一是變工況設(shè)計(jì)，使其匹配波動(dòng)的可再生電力；二是通過兆瓦級(jí)的示范項(xiàng)目驗(yàn)證高效儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱方案，使循環(huán)效率提升至60%；三是與其他系統(tǒng)進(jìn)行冷、熱、電耦合，使綜合能源效率超過70%。
經(jīng)過40多年的研究發(fā)展，液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)已逐漸成熟，我們相信，它會(huì)在低碳能源占據(jù)主要市場(chǎng)的將來扮演著越來越重要的角色。
作者為中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司博士后科研工作站在站博士后科研人員。
