全球能源转型、风光等新能源渗透率的快速攀升推动了多元化储能技术的应用,也促使市场对长时间、大规模储能的需求增多,在这一领域,除了抽水蓄能、压缩空气储能、液流电池储能、熔盐储能外,液态空气储能正在2024年加速崛起。
液态空气储能是新型压缩空气储能系统的三大技术路径之一,该项技术借助于空气降温液化技术,通过添加流程使空气以液态形式储存。
储能时,经过压缩机的高压空气进入回热器降温和降压设备做液化,被液化的常压低温液态空气储存在储液罐中;释能时,液态空气经过低温泵升压、回热器升温,然后进入燃烧室,与燃料混合燃烧后进入膨胀机膨胀做功。
相比锂电池储能,液态空气储能不需要用稀有材料,制造成本相比来说较低,且该项储能技术使用空气作为介质,不产生污染物,是一种清洁的储能方式,设计上,液态空气储能较为安全,没有爆炸或泄漏的风险。
相比较传统压缩空气储能、飞轮储能、抽水蓄能等受制于地理条件的储能技术,液态空气储能选址灵活,规模可大可小,无需使用大量高压容器,可与LNG、空分、光热、传统电厂等多种形式能源耦合,大范围的应用于可再次生产的能源消纳、电网调峰、分布式能源和综合能源服务等领域。
此外,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。
除了能供电,液态空气储能还能供应生活热水或冬季采暖,夏季供冷,实现经济性的最优化,是钢铁厂、化工厂、水泥厂等工商业场景理想的高效能源利用解决方案。
2024年,无论是政策支持、技术进步还是项目应用,液态空气储能都取得了重大进展。
项目方面,近日,河北省“揭榜挂帅”全系统液态空气储能项目已基本建设完成,并网发电一次成功,成为中国第一个并网发电的液态空气储能项目,该项目是液态空气储能技术的重大工程实践,它的成功实施将为液态空气储能技术的产业应用奠定基础。
另外,位于青海格尔木市60MW/600MWh液态空气储能示范项目也已进入施工冲刺阶段,计划于2024年底实现并网发电,项目建成投运后将变成全球液态空气储能领域储能功率最高、储能容量最大的项目,为沙戈荒地区发电侧出力不稳定问题提供有效解决方案。
技术方面,压缩机作为液态空气储能核心动设备至关重要,沈鼓集团承担了青海格尔木项目压缩系统设备的供货任务,拥有完全自主知识产权,设备全部实现国产化,开发了全球规模最大水平剖分式离心压缩机组,叶轮直径达国际最大的2米,首创开发国际单台最大流量液体膨胀机,国际单台最大流量、高扬程液空泵,实现从百千瓦级到万千瓦级,液态空气储能系统的规模化放大,填补了大规模长时储能技术空白。
项目建成投运后将变成全球液态空气储能领域储能功率最高、储能容量最大的项目,为沙戈荒地区发电侧出力不稳定问题提供有效解决方案。
政策层面,11月22日,国家能源局综合司发布《关于公示第四批能源领域首台(套)重大技术装备的通知》,拟将77项技术装备列入第四批能源领域首台(套)重大技术装备名单,储能领域共有12个项目入选。
其中包括基于深低温梯级蓄冷技术的60MW液态空气储能系统及关键装备,研制单位为中国绿发投资集团有限公司、中国科学院理化技术研究所、中绿中科储能技术有限公司、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司、沈鼓集团股份有限公司,依托工程为青海格尔木60MW/600MWh液态空气储能示范项目。
今年10月,英国净零排放和能源安全部(DESNZ)确认了一项新计划,旨在刺激对该国长时储能领域的投资,该项计划由英国能源监管机构Ofgem设计并实施第一轮长时储能技术的上限与下限机制,预计将于2025年向申请人开放。
目前,英国政府已将液态空气储能、压缩空气储能和液流电池列为“将受益于投资者支持”的创新技术。
在英国这项计划推出后,专注于液态空气储能技术17年的集成商Highview Power宣布,其在英国建设四个2.5GWh液态空气储能项目的计划取得了关键性进展,将于2030年投入运行,这将有利于英国政府实现2030年的净零排放目标。
其中两座2.5GWh的储能电站将100%使用液态空气储能技术,循环生命长达40年,其储能能力将超越英国现有全部电化学储能设施。
11月,英国森特理克集团(Centrica)宣布与Highview Power建立战略合作伙伴关系并投资7000万英镑,用于开发其位于曼彻斯特Carrington的英国首个商业规模的液态空气储能项目,这将提高英国的能源安全并加速向净零能源的过渡。
Carrington项目将采用Highview Power专有的液态空气储能技术建造,储能容量为300兆瓦时,输出功率为50兆瓦,项目如果在2026年投运,将变成全球上最大的液态空气储能设施之一。
尽管液态空气储能技术以其独特的优势在多种储能技术中脱颖而出,但缺点也有很多,仍处于产业化发展初期,面临诸多挑战。
从效率上看,液态空气储能的能量转换效率基本在40%到60%之间,与电化学储能(90%以上)相比,仍存在不小差距,需要在系统模块设计做到更高效,或者使用了先进的绝热材料和技术,提升液态空气储能的能量转换效率。
从成本上看,液态空气储能系统的建设和运营需要复杂的设备和工艺流程,包括压缩机、蓄热器、蒸发器等,这使得系统的建设成本比较高,限制了其商业化应用的规模,正常的情况下不适合太小规模的应用场景,规模太小,系统效率会下降,单位成本也会增加。
但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,随着规模化推广应用,这项技术的投资所需成本仍有下降空间。
从技术上层面看,液态空气储能系统的运行和控制相对复杂,需要仔细考虑多个环节和组件之间的协调和优化,增加了技术挑战,需不断在研发技术上取得新突破。
从政策层面看,液态空气储能产业高质量发展离不开政策的支持,需要在市场准入、产业高质量发展、项目示范、盈利模式等方面给予更多的政策引导和支持。
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