“幾年前我們都不看好，因為太難了，沒想到他真干成了。”中科院電工所研究員王海峰向《中國科學報》記者感慨。

王海峰指的是中科院工程熱物理研究所研究員陳海生。2016年11月，其團隊自主設計研發(fā)的大規(guī)模壓縮空氣儲能集成與示范平臺搭建完成，進入系統(tǒng)調(diào)試階段，成為全球首個針對10兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)的實驗檢測平臺。

王海峰認為，10兆瓦壓縮空氣儲能足夠風場使用，成本也低于電池儲能，完全可以商業(yè)化推廣。

陳海生則已經(jīng)開始了100兆瓦級系統(tǒng)的設計工作，根據(jù)他的時間表，2020年計劃建成100兆瓦壓縮空氣儲能系統(tǒng)。

從無到有

2016年12月，《中國科學報》記者來到位于貴州省畢節(jié)市金海湖新區(qū)的國家能源大規(guī)模物理儲能技術研發(fā)中心采訪。天空飄著小雪，落在地面，打濕了園區(qū)的柏油路面。

兩年前的12月，記者也在這里采訪，同樣是陰雨天，因為路沒修好，走幾步就踩了一腳泥。

兩年時間，這里不僅修好了路，建起了國家能源大規(guī)模物理儲能技術研發(fā)中心，大規(guī)模先進壓縮空氣儲能集成與驗證平臺也建成進入系統(tǒng)調(diào)試，預期儲能效率將創(chuàng)造新的世界紀錄。

可以達到百兆瓦級的大規(guī)模儲能技術包括抽水蓄能和壓縮空氣儲能兩種，壓縮空氣儲能排名第二，其原理是在電網(wǎng)負荷低谷期用電能壓縮空氣，在電網(wǎng)負荷高峰期釋放壓縮空氣推動膨脹機發(fā)電。王海峰指出，壓縮空氣儲能“效率基本可以和抽水蓄能PK，而且可工業(yè)化生產(chǎn)，不需要抽水蓄能的地理條件，優(yōu)勢很大”。

國家能源大規(guī)模物理儲能技術研發(fā)中心副主任左志濤告訴《中國科學報》記者，相比于其他儲能技術，壓縮空氣儲能具有容量大、成本低、壽命長等優(yōu)點，并且系統(tǒng)規(guī)模越大，效率越高，成本越低。

除我國外，美國、德國、韓國、英國都有研發(fā)團隊，采用不同的技術路線，建成了一些1~2兆瓦規(guī)模的示范項目。目前全世界有兩座商業(yè)運行的壓縮空氣儲能電站，分別位于德國和美國，規(guī)模達到百兆瓦級，但采用燃燒天然氣的傳統(tǒng)技術路線。而陳海生團隊研發(fā)的先進系統(tǒng)一不使用儲氣洞穴，二不燃燒天然氣，具有技術上的優(yōu)勢。

雖然在國際同行中處于領先地位，但陳海生時刻警醒自己：“國際基本同步，國內(nèi)追趕甚急，形勢嚴峻。”2010年他回國之初就設定了壓縮空氣儲能研發(fā)的時間表：2012年完成1.5兆瓦示范項目，2015年建成10兆瓦項目，2020年建成100兆瓦項目。

2013年初廊坊1.5兆瓦示范項目建成后，團隊就開始了10兆瓦項目的設計工作，到2015年初已經(jīng)完成了集成驗證平臺建設圖紙。下半年，在國家能源局的支持下，國家能源大規(guī)模物理儲能技術研發(fā)中心正式落戶畢節(jié)，項目隨之開工建設，僅用一年時間就正式建成。

陳海生坦言：“這一年大家干得很苦，克服了很多困難，真是有苦有樂、有血有淚，靠著責任心和事業(yè)心在堅持。”

畢節(jié)地處貴州山區(qū)，交通不便，經(jīng)濟開發(fā)區(qū)距離中心城區(qū)16公里，配套尚不成熟。當初選擇項目落腳點時，陳海生不是沒有別的選擇，但他等不起，第一時間和辦事效率最高的畢節(jié)市政府達成協(xié)議。

就這么磕磕絆絆著前進，終于，原計劃的時間表只滯后了不到一年。在陳海生看來，完成目標“很有希望”。

難點何在

王海峰認為，10兆瓦壓縮空氣儲能系統(tǒng)難度極大，陳海生團隊的成功得益于他們巧妙化解了許多技術和工程難題。

陳海生告訴記者，葉輪機械的難題在于高壓高負荷高轉(zhuǎn)速，壓縮空氣儲能系統(tǒng)需要在這種復雜情況下獲得高效率，同時還要解決各個機械、渦輪之間的相互匹配、耦合問題。“首先要清楚設備內(nèi)部的流動傳熱機理，我們通過‘863’、‘973’等項目積累了很多基礎研究，摸清了原理，才能指導設計。”

壓縮空氣儲能系統(tǒng)主要包括壓縮機、膨脹機和蓄熱換熱三大部分，由于規(guī)模放大，1.5兆瓦系統(tǒng)的設計已經(jīng)無法照搬，幾乎全部重新來過。例如，采用多級高效壓縮解決了70~100個大氣壓的超高大氣壓壓縮問題；渦輪從向心變成向心組合式。

“這些都是我們自己做的創(chuàng)新性、開拓性的工作，沒有經(jīng)驗可參考，而且現(xiàn)在看來性能很好、可靠性很強。”陳海生表示。

陳海生向《中國科學報》記者透露，該實驗平臺是目前國際上容量最大、功能最全、測量范圍最寬的壓縮空氣儲能集成實驗與驗證平臺，具有不同儲能系統(tǒng)的部件研發(fā)、流程優(yōu)化與篩選、系統(tǒng)性能測試與檢驗等功能，為大規(guī)模儲能系統(tǒng)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供必需的技術支撐。

在100兆瓦級先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)方面，陳海生也在爭做第一個吃螃蟹的人。據(jù)悉，100兆瓦系統(tǒng)設計工作已經(jīng)啟動。同10兆瓦系統(tǒng)相比，100兆瓦系統(tǒng)將提高效率10%，單位成本下降30%，適用于大電網(wǎng)、大風電場。

曙光乍現(xiàn)

“團隊、平臺和資源。”這是陳海生總結(jié)出決定時間表能否按時實現(xiàn)的關鍵點。在搞好團隊和平臺建設的同時，“找資源”也一直是他的工作重心之一。

此前，1.5兆瓦項目已經(jīng)進行了技術授權(quán)，并在持續(xù)推廣，10兆瓦項目也在參與招標。

在陳海生看來，制造業(yè)比較發(fā)達的江浙等地推廣的可能性較大，如江蘇省峰谷電價差已達1.03元，這樣算下來，1.5兆瓦的系統(tǒng)用能企業(yè)七八年就能收回成本。

陳海生認為，儲能項目要想有生命力，首先得有體制保障——峰谷電價和儲能電價，其次是在觀念上真正認清儲能的經(jīng)濟價值和社會價值。

由于無法穩(wěn)定并網(wǎng)，我國“棄風”現(xiàn)象嚴重。國家能源局數(shù)據(jù)顯示，2016 年全年風電的發(fā)電量為2410 億千瓦時，棄風電量為497 億千瓦時，限電率為17%。

一套10兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)造價可降至8000萬~9000萬元，比電池便宜很多，風電廠可以承受，并且壽命達到30年以上，儲電的度電成本在0.3~0.5元/度。

“也就是說，即使沒有其他政策支持，只要峰谷電價差高于0.5元就可能贏利。”陳海生指出。

近年來，我國電力供應矛盾愈加突出，根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會的要求，全國都在推行峰谷電價，北京的峰谷電價差最高已達1.2元，不存在理論上的推廣障礙。

此外，國際儲能市場也是一塊大蛋糕。

不過陳海生更關心的還是他的時間表。“這對我來說，既是目標也是承諾，更是鞭策。既然已經(jīng)扛起了這面旗，就要力所能及地扛下去，在中國做成大規(guī)模壓縮空氣儲能這件事。”陳海生說。

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