空氣“充電寶”

如果手機沒電了，我們可以用充電寶為手機充電，可如果整個電網沒電了，該怎么辦呢？這時候，就需要一種特殊的“空氣‘充電寶’”——壓縮空氣儲能技術。

2024年4月30日，由中國科學院研發的國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范電站，在山東省肥城市首次并網發電成功。這標志著我國擁有了世界上規模最大、效率最高、性能最優、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站。

[“空氣‘充電寶’”的誕生]

壓縮空氣儲能（Compressed-Air Energy Storage，簡稱CAES）是一種利用空氣作為能量介質的儲能技術，它分為儲能和釋能兩個基本工作過程。儲能過程可以這么想象：你有一個氣球，當你吹氣進去時，氣球會膨脹，氣球內部就儲存了你吹進去的能量。在壓縮空氣儲能中，當電網有多余的電能時，這些電能會被用來驅動壓縮機，將空氣壓縮到高壓狀態。而壓縮后的空氣被儲存在一個密封的地下洞穴或者容器中，就像把氣球的氣儲存起來一樣。當需要使用這些儲存的能量時，就像給氣球放氣一樣，儲存的高壓空氣會被釋放出來。釋放的高壓空氣通過一個熱交換器加熱，增加其溫度和能量。加熱后的高壓空氣推動渦輪機旋轉，產生電力，就像氣球放氣時推動小車前進一樣。這個過程中產生的電力可以被輸送到電網中，供人們使用。簡單來說，壓縮空氣儲能就像是一個大型的“氣球”，在電能充足時儲存能量，在需要時釋放能量，轉換為電能供人們使用。可以說，壓縮空氣儲能技術就像是給電網安裝了一臺大型“充電寶”。

與鋰電池、抽水蓄能等其他儲能技術相比，壓縮空氣儲能具有幾大優勢：規模大、壽命長、成本低（建設和維護成本相對較低）、清潔無污染（使用過程中不會產生污染物）。

壓縮空氣儲能技術的概念早在1949年就在美國出現了，德國和美國分別于1978年和1991年建成并投入使用壓縮空氣儲能電站，這兩座儲能電站均運行至今。雖然壓縮空氣儲能世界各國都有布局，但并非熱門，原因在于傳統壓縮空氣儲能技術存在效率不高的缺點。德、美兩國儲能電站的效率分別僅為42%和54%。也就是說，存進去1度電，只能放出來大約0.5度電，另外0.5度電在存、放的過程中被消耗了。而且，傳統壓縮空氣儲能裝置必須依賴天然氣提供熱源。

這兩個缺點在油氣資源豐富的國家尚可接受，但放到“缺油少氣”的中國，無疑是致命短板。

[中國讓CAES技術大放異彩]

要從根本上突破這兩大技術瓶頸、在中國走通壓縮空氣儲能這條路，顯然不能僅依靠跟蹤、模仿和改進，必須來一場徹底的技術創新。

中國科學家們對傳統壓縮空氣儲能技術進行了根本性的創新——不再依賴天然氣作為熱源，而是利用壓縮過程中產生的熱量，這大幅提高了儲能效率，理論上其效率可達70%以上。

2021年，河北張家口的百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目成功并網，每年可以發電1.32億度，節約標準煤4.2萬噸，減少二氧化碳排放10.9萬噸。

隨著技術的不斷進步，山東肥城的300兆瓦示范電站設計效率達到了72.1%，如何理解這一數值呢？300兆瓦可以為20萬～30萬戶居民提供電力保障，而72.1%的設計效率意味著它在轉換能量時的損耗非常低。研究人員表示，該電站的運行每年可以節省約18.9萬噸標準煤，減少約49萬噸二氧化碳排放，對減少溫室氣體排放、保護環境具有重要意義。

未來，壓縮空氣儲能有望成為更適合中國發電行業的主流技術路線。

壓縮空氣儲能技術的發展，不僅展現了中國科學家們的創新精神和不懈努力，而且為我們的綠色能源夢想提供了強大的技術支持。隨著技術的不斷成熟和應用，相信在不久的將來，這種清潔、高效的“空氣‘充電寶’”將走進千家萬戶，為我們的美好生活提供更加穩定和清潔的能源保障。

欄目責編：韋 力