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英国皇家工程院院士丁玉龙:液态空气储能大有可为

日期:2023-11-01    来源:中国能源报

能源资讯中心

2023
11/01
09:54
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关键词: 液态空气储能 压缩空气储能 抽水蓄能

液态空气储能作为一项高潜力的新技术正在快速兴起。

随着新能源渗透率的快速攀升,其出力波动加大,负荷侧不确定性增加,导致市场对长时间、大规模储能的需求愈发迫切。在这一领域,除了大众熟知的抽水蓄能压缩空气储能、液流电池储能外,液态空气储能作为一项高潜力的新技术正在快速兴起。

“液态空气储能与空气压缩储能技术一样以空气为主要储能材料,具有能量密度高、占地面积小、单位储能容量成本低的优势,可灵活应用在发电侧、输配侧和用户端,是一项中时长、大容量的储能技术。”英国皇家工程院院士丁玉龙教授在接受记者采访时说。

据介绍,我国目前有多家科研院所和企业,都在开展液态空气储能的研究。其中,江苏金合能源科技有限公司(以下简称“江苏金合”)多个液态空气储能项目已完成技术方案论证,正在办理接入系统批复等前期手续;预计首台套项目有望在年内开工,这将加快液态空气储能商业化进程。

优势突出

液态空气储能由压缩空气储能技术衍生而来,利用空气压缩—膨胀过程,完成电能—热能与压力能—电能的转换。与压缩空气储能不同,液态空气储能压缩后的气体不进入储气室,而是进入液化单元,使气态空气变成液态空气进行储存。

“液态空气储能的储能密度是压缩空气储能的10—40倍,可以在较小的容器中储存更多的能量。”丁玉龙进一步指出,传统压缩空气储能建设需要具备地下盐穴、矿井等特殊地理条件,液态空气储能则摆脱了类似地理条件要求,也无需使用大量高压容器,具有选址灵活、安全环保的优势。

据介绍,20世纪70年代,英国人斯密斯率先提出液态空气储能技术的概念;随后日本三菱、日立等公司开展了液态空气储能的技术研究,但并没有获得实质进展。直至2005年左右,丁玉龙团队在国际上首次提出了先进液态空气储能系统技术,并进行了部件和系统的实验室规模实验,其后与英国Highview公司先后建成了350kW中试和5MW商业示范系统。

“从理论研究、实验室小系统实验,到2018年完成首台5MW/15MWh商业示范电站的建设,再到目前在建全球首台50MW/300MWh大规模商业液态空气储能系统,一步步探索,这条路我们走了近20年。”丁玉龙指出,经过示范应用,液态空气储能技术的可行性和可靠性已得到有效验证。

定位精准

当前储能技术路线百花齐放,液态空气储能如何找准定位?

丁玉龙指出,各种储能技术可按照存储时长划分为短时、中时和长时储能。短时储能技术主要包括电池、超级电容、飞轮储能等,存储时间一般不超过几小时,具有高功率、低容量和快速响应的特点,每天可多次充放电循环;中时储能包括抽水蓄能、压缩空气储能、液态空气储能、液流电池和储热等,存储时间在几小时到几个月,具有中高功率、中高容量和中等响应速度等特点,典型运行场景是每天充放一次;长时储能则包括氢储能、热化学储能等,具备跨季节乃至跨年的储能能力,每年循环次数一般在个位数。

同属中时储能,各技术也各具特点。丁玉龙指出,抽水蓄能储能容量大、全生命周期成本低、技术最为成熟,占目前全球储能装机的80%以上,但选址受地理条件和水资源限制,适合建设的地方极为有限;压缩空气储能具有储能容量大和安全性好等特点,近几年有了长足发展,但项目建设也受制于地理条件;液流电池储能技术安全性好,目前只有全钒流电池实现规模化示范应用,该技术由于钒价格高昂,与压缩空气储能和抽水蓄能相比,投资成本较高。

“尽管液态空气储能与压缩空气储能同属一脉,覆盖功率范围相似,容量范围有一些重叠,但两者之间更多的是相辅相成的关系。”丁玉龙指出,液态空气储能规模可大可小,不受地理条件限制,更为灵活,可广泛应用在可再生能源消纳、电网调峰、分布式能源和综合能源服务等领域。尤其是液态空气储能除了作为规模化储能外,还可用于冷热电三联供。在钢铁厂、化工厂、水泥厂等工商业领域,液态空气储能是理想的高效能源利用解决方案。“大规模液态空气储能系统效率在60%左右,若是冷热电三联供,其效率可以达到75%—85%。”

前景广阔

丁玉龙预计,到2050年,我国短时储能需求量为几个TWh,中时储能需求量为几十TWh,而长时储能需求量在几百TWh。“长时储能因为循环次数少,可视为能源战略储备。而中时储能可以代替部分长时储能,因此未来对中时储能的需求较大,液态空气储能无疑将迎来广阔的应用前景。”

今年以来,市场也加快了液态空气储能商业化进程。2022年4月,中国绿发与中科院理化所签署投资协议,致力于液化空气储能技术产业化发展,并推进青海海西60MW/600MWh液态空气储能项目的实施。2022年12月,河北建投国融能源申报的液态空气储能科技攻关项目,被列为河北省省级科技计划项目。

江苏金合在液态空气储能项目落地方面也走在前列。据介绍,江苏金合是一家专注热能存储技术研发和应用推广的国家级专精特新“小巨人”企业和国家级高新技术企业,已掌握液态空气储能技术的核心能力,公司正在福建、江苏和上海等地推进相关项目的建设实施工作。

“液态空气储能关键设备,如压缩机、低温膨胀机、液体泵和膨胀发电机等国产设备已较为成熟,产业链完备齐全,实际成本低于社会估算。首先,首台套项目成本预计较高,随着规模化推广应用,价格还会快速下行;其次,项目成本不是设备价格的简单叠加,系统集成后还存在一定的降本空间;最后,项目造价与应用场景息息相关,不同应用场景的成本投资存在差异。”丁玉龙指出,整体来看,液态空气储能度电成本和压缩空气、抽水蓄能处于同一价格区间。随着储能系统容量增大,造价将趋于下降,8小时储能系统功率达到100MW时,单位造价相比10MW预测可下降46%。

在丁玉龙看来,液态空气储能还处于发展初期,产业发展离不开政策的支持。他呼吁,政策对于各种储能技术的市场准入、退出、产业发展、招商引资等,应予以同等对待,给予各种技术公平竞争的机会。


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