中國儲能網(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，長時間尺度、大規(guī)模儲能技術(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)模長時儲能技術(shù)中，除了抽水蓄能、壓縮空氣儲能以外，還有液化空氣儲能。
液化空氣儲能，即利用可再生電力將空氣液化儲存在低壓真空容器中，當(dāng)需要電力的時候，通過加壓和氣化，推動氣體透平和發(fā)電機發(fā)電。
液化空氣儲能系統(tǒng)主要包括空氣液化子系統(tǒng)、儲熱儲冷子系統(tǒng)和膨脹發(fā)電子系統(tǒng)，主要設(shè)備包括空氣壓縮機、空氣凈化器、換熱器、儲冷儲熱罐、汽化器、膨脹機、發(fā)電機等。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)壓縮機增壓，再膨脹降溫至液態(tài)空氣（-194℃），儲存到低溫低壓的絕熱儲罐中；
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，進入膨脹發(fā)電機做功發(fā)電；
最后，壓縮過程中的高溫?zé)崮鼙粌Υ嬖趦峁拗?，用于提升膨脹機入口的空氣溫度，汽化過程中的冷能被儲存在儲能罐中，用于被液化過程提供預(yù)冷，降低液化過程的能耗。
液化空氣儲能系統(tǒng)可以存儲間歇性可再生能源和夜間電網(wǎng)中過剩的電能，存儲容量可達200兆瓦，儲能密度與鋰電池相當(dāng)，響應(yīng)速度為分鐘級，使用壽命超過20年，而儲存裝置卻相對較小，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能相比，液化空氣儲能不僅效率與之相當(dāng)，而且具有兩個方面的優(yōu)勢：
一是空氣液化后密度顯著增加，占用空間減少，擺脫了對大型地下儲氣穴的依賴，從而可在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)靈活配置；
二是液化空氣存儲在低壓絕熱儲罐中，存儲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，液化空氣儲能也有它的劣勢。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)的初始投資也會相應(yīng)增加。
液化空氣儲能的概念于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其商業(yè)化。英國Highview Power公司和利茲大學(xué)成立合資企業(yè)，設(shè)計和建造了世界上首座液化空氣儲能電站。
這座350千瓦/2.5兆瓦時的中試規(guī)模電站于2010年投入使用，并于2013年成功完成測試，之后被轉(zhuǎn)移到伯明翰大學(xué)作進一步的研究與開發(fā)。該系統(tǒng)為液化空氣儲能的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，也激發(fā)了人們對該技術(shù)極大的研究興趣。
2018年6月，Highview Power公司在英國大曼徹斯特建設(shè)的一座5兆瓦/15兆瓦時的預(yù)商用液化空氣儲能電站投入運營。
后來，Highview Power公司在英格蘭北部、英國卡靈頓、智利阿塔卡瑪?shù)鹊馗鞑渴鹆艘蛔?0兆瓦的液化空氣儲能電廠，取名為CRYOBattery（意為深低溫電池），預(yù)計于2025年前投入使用。這將是全球首批并網(wǎng)運行的液化空氣儲能電站。
我國也已開展了多個液化空氣儲能實驗平臺或示范項目建設(shè)。
2017年，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所團隊在廊坊中試基地完成了100千瓦低溫液態(tài)空氣儲能示范平臺建設(shè)，實驗結(jié)果達到國際領(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)空氣儲能示范項目建成投產(chǎn)，可為該園區(qū)提供500千瓦時的儲能服務(wù)。同時，利用溴化鋰冷熱雙效機組給園區(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4.4吉焦。
2022年以來，還有多家中央企業(yè)陸續(xù)宣布啟動兆瓦級液化空氣儲能項目建設(shè)。
目前，液化空氣儲能的關(guān)鍵設(shè)備，如空氣壓縮機、透平膨脹機、低溫泵、低溫儲罐、膨脹發(fā)電機等，已在低溫空氣分離裝置中廣泛使用，技術(shù)成熟度較高，基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
而液化空氣儲能系統(tǒng)中能否有效地存儲和使用冷量和熱量，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，我們需要重點開展以下方面的技術(shù)攻關(guān)：一是變工況設(shè)計，使其匹配波動的可再生電力；二是通過兆瓦級的示范項目驗證高效儲冷儲熱方案，使循環(huán)效率提升至60%；三是與其他系統(tǒng)進行冷、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，液化空氣儲能技術(shù)已逐漸成熟，我們相信，它會在低碳能源占據(jù)主要市場的將來扮演著越來越重要的角色。
作者為中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司博士后科研工作站在站博士后科研人員。
