中國儲能網訊：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)模儲能技術愈發(fā)表現出重要性。在我們較為熟知的、已投入商業(yè)應用的大規(guī)模長時儲能技術中，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，空氣經過凈化設備去除雜質后，經壓縮機增壓，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，壓縮過程中的高溫熱能被儲存在儲熱罐中，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，響應速度為分鐘級，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，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、電網側和用戶側靈活配置；
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)，流程更為復雜，系統(tǒng)的初始投資也會相應增加。
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公司和利茲大學成立合資企業(yè)，設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，之后被轉移到伯明翰大學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，也激發(fā)了人們對該技術極大的研究興趣。
2018年6月，Highview Power公司在英國大曼徹斯特建設的一座5兆瓦/15兆瓦時的預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、智利阿塔卡瑪等地各部署了一座50兆瓦的液化空氣儲能電廠，取名為CRYOBattery（意為深低溫電池），預計于2025年前投入使用。這將是全球首批并網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。
2017年，中國科學院理化技術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，實驗結果達到國際領先水平。
2018年，蘇州同里綜合能源服務中心的500千瓦液態(tài)空氣儲能示范項目建成投產，可為該園區(qū)提供500千瓦時的儲能服務。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。
目前，液化空氣儲能的關鍵設備，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，技術成熟度較高，基本實現了國產化。
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攻關：一是變工況設計，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%。
經過40多年的研究發(fā)展，液化空氣儲能技術已逐漸成熟，我們相信，它會在低碳能源占據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集團廣東省電力設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。
