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《中国能源报》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专精特新“小巨人”企业和高新技术企业,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。
文章来源:中国能源报