液化空气储能，储能界的新“网红”

在以新能源为主体的新型电力系统中，高比例可再生能源的季节性出力特征更加凸显，长时间尺度、大规模储能技术愈发表现出重要性。在我们较为熟知的、已投入商业应用的大规模长时储能技术中，除了抽水蓄能、压缩空气储能以外，还有液化空气储能。

  液化空气储能，即利用可再生电力将空气液化储存在低压真空容器中，当需要电力的时候，通过加压和气化，推动气体透平和发电机发电。

  液化空气储能系统主要包括空气液化子系统、储热储冷子系统和膨胀发电子系统，主要设备包括空气压缩机、空气净化器、换热器、储冷储热罐、汽化器、膨胀机、发电机等。其工作流程为：

  首先，空气经过净化设备去除杂质后，经压缩机增压，再膨胀降温至液态空气（-194℃），储存到低温低压的绝热储罐中；

  然后，液态空气经过低温泵升压、汽化器换热后成为高温高压气体，进入膨胀发电机做功发电；

  最后，压缩过程中的高温热能被储存在储热罐中，用于提升膨胀机入口的空气温度，汽化过程中的冷能被储存在储能罐中，用于被液化过程提供预冷，降低液化过程的能耗。

  液化空气储能系统可以存储间歇性可再生能源和夜间电网中过剩的电能，存储容量可达200兆瓦，储能密度与锂电池相当，响应速度为分钟级，使用寿命超过20年，而储存装置却相对较小，受地域限制因素影响较小，因此非常适合大部分地区推广使用。

  而与基于盐穴的压缩空气储能相比，液化空气储能不仅效率与之相当，而且具有两个方面的优势：

  一是空气液化后密度显著增加，占用空间减少，摆脱了对大型地下储气穴的依赖，从而可在发电侧、电网侧和用户侧灵活配置；

  二是液化空气存储在低压绝热储罐中，存储压力显著低于压缩空气，安全性更高，在人口较多的地区配置也具有很高的可行性。

  当然，液化空气储能也有它的劣势。与前者相比，它增加了液化和气化环节，流程更为复杂，系统的初始投资也会相应增加。

  液化空气储能的概念于1977年首次提出。在明确了其可行性后，研究人员便致力于推动其商业化。英国Highview Power公司和利兹大学成立合资企业，设计和建造了世界上首座液化空气储能电站。

  这座350千瓦/2.5兆瓦时的中试规模电站于2010年投入使用，并于2013年成功完成测试，之后被转移到伯明翰大学作进一步的研究与开发。该系统为液化空气储能的发展奠定了基础，也激发了人们对该技术极大的研究兴趣。

  2018年6月，Highview Power公司在英国大曼彻斯特建设的一座5兆瓦/15兆瓦时的预商用液化空气储能电站投入运营。

  后来，Highview Power公司在英格兰北部、英国卡灵顿、智利阿塔卡玛等地各部署了一座50兆瓦的液化空气储能电厂，取名为CRYOBattery（意为深低温电池），预计于2025年前投入使用。这将是全球首批并网运行的液化空气储能电站。

  我国也已开展了多个液化空气储能实验平台或示范项目建设。

  2017年，中国科学院理化技术研究所团队在廊坊中试基地完成了100千瓦低温液态空气储能示范平台建设，实验结果达到国际领先水平。

  2018年，苏州同里综合能源服务中心的500千瓦液态空气储能示范项目建成投产，可为该园区提供500千瓦时的储能服务。同时，利用溴化锂冷热双效机组给园区供冷和供热，夏季每天的供冷量约2.9吉焦，冬季每天的供暖量可达4.4吉焦。

  2022年以来，还有多家中央企业陆续宣布启动兆瓦级液化空气储能项目建设。

  目前，液化空气储能的关键设备，如空气压缩机、透平膨胀机、低温泵、低温储罐、膨胀发电机等，已在低温空气分离装置中广泛使用，技术成熟度较高，基本实现了国产化。

  而液化空气储能系统中能否有效地存储和使用冷量和热量，是提高流程性能的关键，尤其是冷量的回收利用。研究表明，冷量损失对整体循环效率的影响，比热量损失的影响要高出7倍。因此，下一阶段，我们需要重点开展以下方面的技术攻关：一是变工况设计，使其匹配波动的可再生电力；二是通过兆瓦级的示范项目验证高效储冷储热方案，使循环效率提升至60%；三是与其他系统进行冷、热、电耦合，使综合能源效率超过70%。

  经过40多年的研究发展，液化空气储能技术已逐渐成熟，我们相信，它会在低碳能源占据主要市场的将来扮演着越来越重要的角色。

  作者为中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司博士后科研工作站在站博士后科研人员。