葛洲壩中科儲(chǔ)能副總經(jīng)理周學(xué)志：先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)研究

　　中科院熱物理所研發(fā)的超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可以解決三個(gè)問題，葛洲壩中科儲(chǔ)能技術(shù)有限公司副總經(jīng)理周學(xué)志先生分享了先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究。

　　2018年09月19-20日，2018第五屆國(guó)際儲(chǔ)能峰會(huì)在唐山南湖國(guó)際會(huì)展中心拉開帷幕。峰會(huì)邀請(qǐng)來(lái)自25個(gè)國(guó)家和地區(qū)百余位海內(nèi)外演講嘉賓共商儲(chǔ)能良機(jī)。

　　以下為發(fā)言實(shí)錄：

　　尊敬的各位來(lái)賓，各位同仁，大家上午好!首先要表示感謝，感謝大會(huì)主委會(huì)的邀請(qǐng)，也很榮幸讓我有這個(gè)機(jī)會(huì)跟在座的各位嘉賓有一個(gè)面對(duì)面的交流和學(xué)習(xí)，我今天報(bào)告的主題是先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。

　　主要有四個(gè)部分，第一個(gè)就是公司的簡(jiǎn)介，第二部分壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的介紹，第三部分成果介紹，第四部分結(jié)束語(yǔ)。公司的簡(jiǎn)介，我們公司有兩個(gè)大股東，第一大股東是葛洲壩，第二個(gè)股東是中國(guó)科學(xué)院熱力研究所，這個(gè)公司的技術(shù)是依托于中科院工程研究所做研發(fā)，由葛洲壩集團(tuán)做這個(gè)產(chǎn)品的市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化推廣。公司的總部位于北京的望京，主要是致力于大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)系統(tǒng)集成和產(chǎn)業(yè)化。

　　公司的核心業(yè)務(wù)，核心業(yè)務(wù)主要是圍繞系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵的子部件，致力于儲(chǔ)能技術(shù)的推廣和服務(wù)，同時(shí)為儲(chǔ)能系統(tǒng)提供工程總包、技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)，這個(gè)公司的第一大股東是葛洲壩裝備工業(yè)有限公司，葛洲壩大家以前都知道是做水電的，在各個(gè)子公司布局了高端裝備制造業(yè)，裝備工業(yè)有限公司是葛洲壩集團(tuán)實(shí)施轉(zhuǎn)型一個(gè)重要的公司，所有的高端裝備都集中在這個(gè)公司來(lái)做，包括現(xiàn)在的儲(chǔ)電、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等等等等，公司的總部位于湖北省武漢市。

　　第二個(gè)股東是中科院工程熱物理研究所，這個(gè)所是1956年成立的，是由研究所的奠基人吳先生，可能吳先生大家不太了解，錢學(xué)森大家都認(rèn)識(shí)，當(dāng)時(shí)錢學(xué)森任中科院力學(xué)所的所長(zhǎng)，吳先生任副所長(zhǎng)，后來(lái)吳先生成立了工程熱物理研究所，并提出了著名的葉輪機(jī)械三元流動(dòng)理論等科學(xué)運(yùn)動(dòng)思想。

　　工程熱物理研究的主要方向和研究領(lǐng)域有一個(gè)一三五，一就是創(chuàng)建國(guó)際一流的研究機(jī)構(gòu)，三有三個(gè)重大突破，包括輕型動(dòng)力、煤炭的高效利用、分布式功能與儲(chǔ)能。五是有五個(gè)重點(diǎn)方向。

　　第二部分，我介紹一下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。從兩個(gè)方面，第一個(gè)是這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)進(jìn)展，第二個(gè)就是我們?nèi)〉玫囊恍╇A段性的成果。壓縮空氣儲(chǔ)能的原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在用電低谷，過(guò)剩或多余的電力帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)把常壓的空氣壓成高壓動(dòng)態(tài)，儲(chǔ)能過(guò)程就結(jié)束了，釋能時(shí)地下的高壓空氣釋放，首先經(jīng)過(guò)預(yù)熱，然后進(jìn)入空氣膨脹帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后回饋電網(wǎng)，這就是原理。具有的特點(diǎn)是規(guī)模大，第二個(gè)主要是壽命比較長(zhǎng)，而且建設(shè)周期比較短。

　　目前全球有兩座已經(jīng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，我們定義為傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能，為什么是傳統(tǒng)，主要有兩個(gè)因素，第一個(gè)是利用地下動(dòng)力學(xué)，第二個(gè)就是是燃燒化石燃料的，用的是燃?xì)馔钙?。這兩個(gè)傳統(tǒng)蓄能從1978年德國(guó)的電站，目前還在運(yùn)營(yíng)，壽命周期還是很長(zhǎng)的，因?yàn)槭羌儥C(jī)械的。

　　這是我剛才提到的傳統(tǒng)的壓縮空氣的三個(gè)特點(diǎn)，新型的壓縮空氣儲(chǔ)能，壓縮空氣儲(chǔ)能的發(fā)展趨勢(shì)也是圍繞著剛才的這三個(gè)不足，可以說(shuō)是不足來(lái)開展。第一個(gè)就是我們要消除動(dòng)力學(xué)的依賴，當(dāng)然如果有動(dòng)力學(xué)，我們盡可能的依賴洞穴，比如說(shuō)中國(guó)的江蘇、湖南、湖北都有地下的巖穴，我們可以充分的利用。當(dāng)沒有這種地理?xiàng)l件的優(yōu)勢(shì)怎么辦，我們把空氣進(jìn)行液化，所以第一類就是我們減少占地面積，從而解決對(duì)地下洞穴的依賴。第二個(gè)是壓縮熱的回收，因?yàn)槭侨紵剂系模谥袊?guó)，中國(guó)是一個(gè)缺油少氣的國(guó)家，為什么德國(guó)、美國(guó)用的氣，因?yàn)樘烊粴鉀]有中國(guó)這么貴，所以要擺脫對(duì)化石燃料的依賴，我們把壓縮熱進(jìn)行回收，在膨脹的過(guò)程中加以利用，使整個(gè)系統(tǒng)做到一個(gè)絕熱系統(tǒng)。第三部分就是把空氣壓縮到超臨界狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)效率。

　　這是國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀，主要分為兩派，第一派是以美國(guó)為代表蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，把壓縮熱回收，膨脹端加以利用。第二類是以英國(guó)和日本為代表的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，將氣態(tài)的空氣進(jìn)行液化，降低到零下196度以下，使它成為液態(tài)，這個(gè)系統(tǒng)目前遇到的問題就是系統(tǒng)效率仍然需要不斷的提高。

　　中科院工程熱物理所主要做的工作是，第一塊研發(fā)了蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能，第二個(gè)是液化空氣儲(chǔ)能，并在此基礎(chǔ)之上研究開發(fā)了超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以同時(shí)解決上述三個(gè)技術(shù)瓶頸。這是工程熱物理所的研發(fā)進(jìn)程，2015年做的15千瓦的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，這是在英國(guó)的荔枝大學(xué)和當(dāng)?shù)氐囊患移髽I(yè)進(jìn)行合作的項(xiàng)目，2009年和2010年做了兩兆瓦和五千瓦的，2011年組建了研發(fā)團(tuán)隊(duì)，2013年完成北京市科委和中科院的驗(yàn)收，2014年組建國(guó)家能源大規(guī)模儲(chǔ)能研發(fā)中心，2014年獲得國(guó)家能源局的批準(zhǔn)，研發(fā)中心位于貴州省的畢節(jié)市，畢節(jié)市政府投資1.8個(gè)億。2014年與葛洲壩集團(tuán)進(jìn)行合作，成立產(chǎn)業(yè)化公司。2016年貴州省畢節(jié)的10兆瓦的儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)完成，規(guī)劃是2020年完成100兆瓦的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。這項(xiàng)系統(tǒng)有四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，第一個(gè)是總體設(shè)計(jì)技術(shù)，第二個(gè)是多軸的高負(fù)荷的離合壓縮機(jī)和透平膨脹機(jī)，第三是高校的臨界空氣蓄熱系統(tǒng)，第四就是集成控制。

　　針對(duì)每一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)做一個(gè)簡(jiǎn)單的匯報(bào)，第一個(gè)是總體設(shè)計(jì)技術(shù)，首先要建立整個(gè)系統(tǒng)的全工況熱力模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)的模擬研究，最后完成工程方案的設(shè)計(jì)。這是它的變工況的特性的曲線。

　　第二個(gè)部分是高負(fù)荷高壓力和膨脹機(jī)，這里壓氣機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)，這是每一級(jí)，我們采用八級(jí)，這是整機(jī)的集成和性能測(cè)試，下面是我們加工出來(lái)的產(chǎn)品，這是膨脹機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)技術(shù)，這是膨脹機(jī)的集成和測(cè)試的結(jié)果。

　　關(guān)鍵技術(shù)三是超臨界的換熱，主要有三個(gè)問題，第一個(gè)是減少占地面積，第二個(gè)高效，傳熱效果好，第三個(gè)是成本要低，主要解決這三個(gè)問題，這是加工出來(lái)的產(chǎn)品還有變工況的特性。

　　第四部分是整個(gè)系統(tǒng)的集成和控制，這一塊主要是滿足電網(wǎng)的要求，滿足電網(wǎng)的調(diào)度我們進(jìn)行了與電力系統(tǒng)耦合控制的整體設(shè)計(jì)，這是我們委托加工的產(chǎn)品。

　　第三部分成果介紹，目前研發(fā)團(tuán)隊(duì)有100余人，包括百人計(jì)劃還有萬(wàn)人計(jì)劃，以及863、973，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的研發(fā)人都在這個(gè)團(tuán)隊(duì)里，并且在北京的中關(guān)村建了一個(gè)15千瓦的原理驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，2013年在河北的廊坊建成了1.5KW的示范系統(tǒng)，2016年底在貴州的畢節(jié)完成了10MW示范系統(tǒng)的建設(shè)，并且建立了20多個(gè)部件和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。這是與國(guó)際上幾個(gè)GW級(jí)以上的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的對(duì)比，可以看出工程熱物理所在這方面整個(gè)系統(tǒng)的先進(jìn)性還是非常不錯(cuò)的。這是獲得的獎(jiǎng)項(xiàng)，我就快一點(diǎn)說(shuō)，就是一些獲獎(jiǎng)，我不一一念了。

　　這是專利，目前已經(jīng)有150余項(xiàng)專利，在PCT，美國(guó)、歐盟，幾乎覆蓋了全球主要的發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)排名第一。這是獲得的北京市的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州省的工程技術(shù)研發(fā)中心以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并且得到了中央電視臺(tái)新聞聯(lián)播接近一分鐘的報(bào)道，并且產(chǎn)品得到了國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的指示，包括李克強(qiáng)總理、劉延?xùn)|副總理，分別在2017年的兩會(huì)期間等批示，此后國(guó)家能源局、發(fā)改委、科技部等等密集到中關(guān)村，到貴州省去指導(dǎo)工作。

　　這是已經(jīng)實(shí)施和列入的項(xiàng)目，綠色的是已經(jīng)完成的項(xiàng)目，黃色是正在做的項(xiàng)目，紅色是簽了合作協(xié)議正在推進(jìn)的項(xiàng)目。市場(chǎng)推廣方面，主要的目標(biāo)有三個(gè)，第一個(gè)是常規(guī)的電力系統(tǒng)，大電網(wǎng)作為調(diào)控電站。第二個(gè)解決可再生能源的不動(dòng)性，第三個(gè)是分布式微網(wǎng)。黃色的是正在實(shí)施的兩個(gè)項(xiàng)目，紅色的是我們現(xiàn)在正在規(guī)劃的項(xiàng)目。這是第一個(gè)，位于武漢葛洲壩高端裝備產(chǎn)業(yè)園的項(xiàng)目，10GWH，目前所有的設(shè)備已經(jīng)加工完畢，10月份，下個(gè)月開始系統(tǒng)集成，2019年3月份實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

　　第二個(gè)是位于湖北武漢的50MW/300MWH的電站，一期建設(shè)一套，二期建設(shè)四套，這是項(xiàng)目選址以及明年開始開工建設(shè)，一期開工建設(shè)。還有山東肥城的1250MW/7500MWH的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，利用地下巖穴進(jìn)行儲(chǔ)氣。

　　壓縮空氣儲(chǔ)能這項(xiàng)技術(shù)我是這么認(rèn)為的，第一個(gè)是符合國(guó)家的戰(zhàn)略需求，可以有效支撐能源革命。第二是比較適合于大規(guī)模儲(chǔ)能的電力儲(chǔ)能技術(shù)，國(guó)外已經(jīng)得到應(yīng)用，國(guó)內(nèi)最近幾年比較活躍。第三個(gè)，具備容量大，成本低的優(yōu)點(diǎn)，我們希望繼續(xù)鞏固中科院和葛洲壩在這方面的技術(shù)，打造國(guó)際知名品牌。第四個(gè)，今天很有幸來(lái)到這里和在座各位儲(chǔ)能的專家一起溝通交流，希望共同為我們國(guó)家的儲(chǔ)能發(fā)展貢獻(xiàn)力量。