作者:田瑞颖 沈春蕾 来源: 中国科学报 发布时间:2019/5/23 10:29:17
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先进压缩空气储能技术产业化团队
熬过“寒冬”,迎来储能发展的“春天”

▲陈海生团队合影

 ▲贵州毕节10兆瓦压缩空气储能系统

■本报见习记者 田瑞颖 记者 沈春蕾

编者按

“十三五”期间,中国科学院设立“科技成果转移转化重点专项”,即“弘光专项”。“弘光专项”主要面向国家重大需求、面向国民经济主战场,聚焦已取得突破并具有相当引领带动作用的重大战略技术与产品,优先支持中科院战略性先导科技专项和院属科研机构“一三五”重大科技成果的转移转化,通过技术集成、工程化开发和市场应用及推广,力求产出一批经济效益显著的重大示范转化工程。

目前,“弘光专项”已取得诸多进展,比如,“民航安检人脸识别辅助验证系统”截至2018年底已累计示范应用于国内70个机场的618条旅客安检通道,覆盖了全国60%以上的年旅客吞吐量超1000万人次的重点机场;“卫星移动通信终端基带芯片”初步实现了产业化,摆脱了对国外核心芯片的依赖;“航空航天发动机极端精细制造装备”已成功应用于国内航空航天领域20余家单位,为国产大飞机换上国产发动机打下了坚实基础。

从本期开始,本报设立“中科院弘光专项系列报道”专栏,深入报道项目团队的成果转化案例。

从两人发展到如今百人的一支团队;将压缩空气储能示范系统从千瓦级,做到1.5兆瓦级、10兆瓦级,再到百兆瓦级;从最初受到质疑的目光,到如今获得业界的“聚光”……中国科学院工程热物理研究所副所长陈海生带领先进压缩空气储能技术产业化团队“烧”了十几年“冷灶”,终于熬过“寒冬”迎来储能发展的“春天”,跨越了从科研到产业化的“死亡之谷”。

近日,陈海生等人接受《中国科学报》的采访,讲述了他们从无到有、从冬天到春天的这段历程。

坚持坐“冷板凳”

2005年,陈海生被公派到英国利兹大学做访问学者。“在英国访学期间,我的第一个项目只有3万英镑——给一家公司的液氮汽车发动机做热力分析。”陈海生回忆道,“这个项目让我意识到液氮做移动式储能的能量密度比较小,做安装在地面上的固定式储能可能前景更好。”

于是,陈海生有一个想法,开发地面固定式储能技术,在用电高峰时制造液态空气,在用电低谷时利用液态空气发电。随后,“新型液态空气储能系统”的概念在陈海生头脑中逐渐成型。2009年,陈海生在中科院“百人计划”的支持下,回国组建团队,正式开始压缩空气储能研究。

在此之前,国内关于此方面的研究少之又少,这无疑是一个巨大的挑战。此外,当时市场上对储能的需求并不是很大,可再生能源所占比例仅百分之一左右。很多前辈曾担心陈海生走错方向,发出善意的提醒。

陈海生也面临着很大的压力。经过一番调研后,他坚定了压缩空气储能的研究方向。“能源的革命不是一蹴而就的,可再生能源是历史发展的潮流。”

“储能技术的发展是‘大势’所趋。”陈海生告诉《中国科学报》,而压缩空气储能系统具有规模大、成本低、储能周期不受限制、寿命长等优点,是未来储能发展的主要方向之一。“压缩空气储能这个‘冷板凳’我们不仅要坐,还得坚持坐,只有坚持才能看到希望。”

跨越“死亡之谷”

陈海生看到的希望是,我国储能技术市场需求在2020年将达到40吉瓦(1吉瓦=1000兆瓦),市场规模可达3000亿~4000亿元;在2050年达到200吉瓦,市场规模达万亿元。“届时,压缩空气储能系统作为最具发展潜力的大规模储能技术之一,每年产值数百亿,带动上下游产业产值千亿元。”

“但是,传统压缩空气储能存在三大技术瓶颈:依赖大型储气洞穴、依赖化石燃料和系统效率低。要解决这三大问题,必须采用高效的压缩机、膨胀机、蓄热换热系统,利用高压或液态存储代替储气洞穴。”陈海生解释道。

因此,摆脱对化石燃料、大型储气洞穴的依赖,同时提高系统效率,是压缩空气储能技术从实验室迈入市场需要解决的关键要素。

陈海生带领团队潜精研思,攻坚克难,终于建成了压缩空气储能关键技术的研发平台和设计体系,其性能指标已优于国际同等规模的压缩空气储能系统,并在此基础上进行了系统的集成和示范。

据陈海生介绍,2013年,1.5兆瓦先进压缩空气储能系统示范项目在河北廊坊建成,系统效率达到52.1%,这实现了我国压缩空气储能示范系统“从无到有”的突破;2016年,10兆瓦先进压缩空气储能系统示范项目在贵州毕节建成,系统效率可达60.2%,这不仅是目前全球效率最高的压缩空气储能系统,也让团队跨越了从科研到产业化的“死亡之谷”。

如今,陈海生团队研发的1.5兆瓦先进压缩空气储能系统通过技术授权的方式进行了转移转化;10兆瓦先进压缩空气储能系统以通过技术入股成立公司的方式实现了产业化,总吸引投资1.3亿元。

陈海生团队并不满足已经取得的成绩。2016年,贵州毕节10兆瓦压缩空气储能系统投入运行后,陈海生团队便马不停蹄地开始了百兆瓦级的技术攻关。今年,团队研发的100兆瓦级压缩空气储能应用示范系统项目已经启动,预计于2020年底在张家口国家可再生能源示范区完成设备安装,2021年完成集成与调试,助力冬奥会。

这将是我国压缩空气储能技术发展的又一次飞跃。

陈海生表示,百兆瓦先进压缩空气储能示范项目的建成,不仅能带动压缩空气储能的示范效应,还将为我国压缩空气储能产业的快速发展奠定基础,贯通压缩空气储能上下游产业发展,带来巨大的经济和社会效益。

专业的人做专业的事

回顾百兆瓦级系统的研发历程,陈海生感慨地说:“百兆瓦系统要求压缩机、膨胀机、蓄热换热三个部件的性能高、规模大,国内外没有先例;此外,系统投资大、风险大,我们必须保证一次成功。”

陈海生团队的实验室面向北四环,经常在夜晚九十点钟仍见灯火通明。“我从不要求团队成员加班,但是大家都自发地为项目付出。”陈海生感叹道,“这几年,团队都专注压缩空气储能这一件事。当机器开始转动时,团队成员心中的激动与喜悦难以言表,这意味着我们离产业化又近了一步。”

为更好地推动百兆瓦空气储能技术的大规模应用推广,2018年12月,陈海生团队以技术入股的方式与投资方共同成立了产业化公司,将以设备制造商、系统投资运营商两种模式实现产业化推广。

科研人员和企业家合作,意见出现分歧怎么解决?对此,陈海生认为,“让专业的人做专业的事儿,才能更好地实现发展。技术研发及示范阶段,应该以科学家意见为主;产业化推广阶段,应该以企业家意见为主。”

在产业化推广过程中,陈海生团队的项目入选了中科院弘光专项,他告诉记者:“弘光专项不仅给予我们经费支持,还为产业推广提供了很大帮助,比如组织专项培训、对接投资人。”

谈及压缩空气储能技术未来的发展,陈海生指出:“我们将做三件事,一是要开发更大规模和更高性能压缩空气储能系统,二是根据市场需求做产品系列化和标准化的工作,三是不断地推广应用。”

十年磨一剑,一朝试锋芒。陈海生希望,未来压缩空气储能的产业化可以满足常规电力、可再生能源及微电网的迫切需求,为有效支撑能源革命,促进可再生能源大规模应用与环境治理,发展高端装备制造等战略性新兴产业做出贡献。

《中国科学报》 (2019-05-23 第5版 转移转化)
 
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