葛洲坝中科储能副总经理周学志：先进压缩空气储能系统研究

　　中科院热物理所研发的超临界压缩空气储能系统可以解决三个问题，葛洲坝中科储能技术有限公司副总经理周学志先生分享了先进压缩空气储能系统的研究。

　　2018年09月19-20日，2018第五届国际储能峰会在唐山南湖国际会展中心拉开帷幕。峰会邀请来自25个国家和地区百余位海内外演讲嘉宾共商储能良机。

　　以下为发言实录：

　　尊敬的各位来宾，各位同仁，大家上午好!首先要表示感谢，感谢大会主委会的邀请，也很荣幸让我有这个机会跟在座的各位嘉宾有一个面对面的交流和学习，我今天报告的主题是先进压缩空气储能技术。

　　主要有四个部分，第一个就是公司的简介，第二部分压缩空气储能系统的介绍，第三部分成果介绍，第四部分结束语。公司的简介，我们公司有两个大股东，第一大股东是葛洲坝，第二个股东是中国科学院热力研究所，这个公司的技术是依托于中科院工程研究所做研发，由葛洲坝集团做这个产品的市场化和产业化推广。公司的总部位于北京的望京，主要是致力于大规模压缩空气储能技术的研发系统集成和产业化。

　　公司的核心业务，核心业务主要是围绕系统的各个关键的子部件，致力于储能技术的推广和服务，同时为储能系统提供工程总包、技术咨询和技术服务，这个公司的第一大股东是葛洲坝装备工业有限公司，葛洲坝大家以前都知道是做水电的，在各个子公司布局了高端装备制造业，装备工业有限公司是葛洲坝集团实施转型一个重要的公司，所有的高端装备都集中在这个公司来做，包括现在的储电、压缩空气储能、飞轮储能等等等等，公司的总部位于湖北省武汉市。

　　第二个股东是中科院工程热物理研究所，这个所是1956年成立的，是由研究所的奠基人吴先生，可能吴先生大家不太了解，钱学森大家都认识，当时钱学森任中科院力学所的所长，吴先生任副所长，后来吴先生成立了工程热物理研究所，并提出了著名的叶轮机械三元流动理论等科学运动思想。

　　工程热物理研究的主要方向和研究领域有一个一三五，一就是创建国际一流的研究机构，三有三个重大突破，包括轻型动力、煤炭的高效利用、分布式功能与储能。五是有五个重点方向。

　　第二部分，我介绍一下压缩空气储能系统。从两个方面，第一个是这项技术的研发进展，第二个就是我们取得的一些阶段性的成果。压缩空气储能的原理相对比较简单，在用电低谷，过剩或多余的电力带动电动机驱动压缩机把常压的空气压成高压动态，储能过程就结束了，释能时地下的高压空气释放，首先经过预热，然后进入空气膨胀带动发电机发电，然后回馈电网，这就是原理。具有的特点是规模大，第二个主要是寿命比较长，而且建设周期比较短。

　　目前全球有两座已经商业化运营的压缩空气储能电站，我们定义为传统的压缩空气储能，为什么是传统，主要有两个因素，第一个是利用地下动力学，第二个就是是燃烧化石燃料的，用的是燃气透瓶。这两个传统蓄能从1978年德国的电站，目前还在运营，寿命周期还是很长的，因为是纯机械的。

　　这是我刚才提到的传统的压缩空气的三个特点，新型的压缩空气储能，压缩空气储能的发展趋势也是围绕着刚才的这三个不足，可以说是不足来开展。第一个就是我们要消除动力学的依赖，当然如果有动力学，我们尽可能的依赖洞穴，比如说中国的江苏、湖南、湖北都有地下的岩穴，我们可以充分的利用。当没有这种地理条件的优势怎么办，我们把空气进行液化，所以第一类就是我们减少占地面积，从而解决对地下洞穴的依赖。第二个是压缩热的回收，因为是燃烧化石燃料的，而在中国，中国是一个缺油少气的国家，为什么德国、美国用的气，因为天然气没有中国这么贵，所以要摆脱对化石燃料的依赖，我们把压缩热进行回收，在膨胀的过程中加以利用，使整个系统做到一个绝热系统。第三部分就是把空气压缩到超临界状态，从而提高系统效率。

　　这是国外的发展现状，主要分为两派，第一派是以美国为代表蓄热式压缩空气储能系统，把压缩热回收，膨胀端加以利用。第二类是以英国和日本为代表的液态空气储能系统，将气态的空气进行液化，降低到零下196度以下，使它成为液态，这个系统目前遇到的问题就是系统效率仍然需要不断的提高。

　　中科院工程热物理所主要做的工作是，第一块研发了蓄热式压缩空气储能，第二个是液化空气储能，并在此基础之上研究开发了超临界压缩空气储能系统，可以同时解决上述三个技术瓶颈。这是工程热物理所的研发进程，2015年做的15千瓦的液态空气储能系统，这是在英国的荔枝大学和当地的一家企业进行合作的项目，2009年和2010年做了两兆瓦和五千瓦的，2011年组建了研发团队，2013年完成北京市科委和中科院的验收，2014年组建国家能源大规模储能研发中心，2014年获得国家能源局的批准，研发中心位于贵州省的毕节市，毕节市政府投资1.8个亿。2014年与葛洲坝集团进行合作，成立产业化公司。2016年贵州省毕节的10兆瓦的储能系统建设完成，规划是2020年完成100兆瓦的压缩空气储能系统。这项系统有四个关键技术，第一个是总体设计技术，第二个是多轴的高负荷的离合压缩机和透平膨胀机，第三是高校的临界空气蓄热系统，第四就是集成控制。

　　针对每一项关键技术做一个简单的汇报，第一个是总体设计技术，首先要建立整个系统的全工况热力模型进行动态的模拟研究，最后完成工程方案的设计。这是它的变工况的特性的曲线。

　　第二个部分是高负荷高压力和膨胀机，这里压气机的总体方案设计，这是每一级，我们采用八级，这是整机的集成和性能测试，下面是我们加工出来的产品，这是膨胀机的总体设计方案和设计技术，这是膨胀机的集成和测试的结果。

　　关键技术三是超临界的换热，主要有三个问题，第一个是减少占地面积，第二个高效，传热效果好，第三个是成本要低，主要解决这三个问题，这是加工出来的产品还有变工况的特性。

　　第四部分是整个系统的集成和控制，这一块主要是满足电网的要求，满足电网的调度我们进行了与电力系统耦合控制的整体设计，这是我们委托加工的产品。

　　第三部分成果介绍，目前研发团队有100余人，包括百人计划还有万人计划，以及863、973，国家重点研发计划的研发人都在这个团队里，并且在北京的中关村建了一个15千瓦的原理验证的实验平台，2013年在河北的廊坊建成了1.5KW的示范系统，2016年底在贵州的毕节完成了10MW示范系统的建设，并且建立了20多个部件和系统的实验平台。这是与国际上几个GW级以上的压缩空气储能系统的对比，可以看出工程热物理所在这方面整个系统的先进性还是非常不错的。这是获得的奖项，我就快一点说，就是一些获奖，我不一一念了。

　　这是专利，目前已经有150余项专利，在PCT，美国、欧盟，几乎覆盖了全球主要的发达国家，国内排名第一。这是获得的北京市的重点实验室，贵州省的工程技术研发中心以及实验平台，并且得到了中央电视台新闻联播接近一分钟的报道，并且产品得到了国家领导人的指示，包括李克强总理、刘延东副总理，分别在2017年的两会期间等批示，此后国家能源局、发改委、科技部等等密集到中关村，到贵州省去指导工作。

　　这是已经实施和列入的项目，绿色的是已经完成的项目，黄色是正在做的项目，红色是签了合作协议正在推进的项目。市场推广方面，主要的目标有三个，第一个是常规的电力系统，大电网作为调控电站。第二个解决可再生能源的不动性，第三个是分布式微网。黄色的是正在实施的两个项目，红色的是我们现在正在规划的项目。这是第一个，位于武汉葛洲坝高端装备产业园的项目，10GWH，目前所有的设备已经加工完毕，10月份，下个月开始系统集成，2019年3月份实现并网发电。

　　第二个是位于湖北武汉的50MW/300MWH的电站，一期建设一套，二期建设四套，这是项目选址以及明年开始开工建设，一期开工建设。还有山东肥城的1250MW/7500MWH的压缩空气储能电站，利用地下岩穴进行储气。

　　压缩空气储能这项技术我是这么认为的，第一个是符合国家的战略需求，可以有效支撑能源革命。第二是比较适合于大规模储能的电力储能技术，国外已经得到应用，国内最近几年比较活跃。第三个，具备容量大，成本低的优点，我们希望继续巩固中科院和葛洲坝在这方面的技术，打造国际知名品牌。第四个，今天很有幸来到这里和在座各位储能的专家一起沟通交流，希望共同为我们国家的储能发展贡献力量。