先進壓縮空氣儲能技術的先行者

推介單位：北京科學技術期刊學會受訪專家：陳海生采編：任宇

陳海生

中國科學院工程熱物理所研究員，中國工程熱物理學會副理事長、秘書長，中國能源研究會儲能專委會主任，Journal of Thermal Science、Energy Storage、《儲能科學與技術》和《工程熱物理學報》副主編/常務副主編。曾獲“科學探索獎”、北京市科學技術獎一等獎、國家杰出青年科學基金、中國青年科技獎特別獎、 英國皇家學會牛頓高級學者獎、國家能源局軟科學研究優秀成果獎、國防科學技術獎、侯德榜化工科技青年獎等。

碳達峰、碳中和是一場深刻的經濟社會變革，同時也是一場深刻的能源革命和工業革命。儲能是能源革命的關鍵支撐技術，是可再生能源大規模利用的迫切需要，也是提高常規電力系統效率、安全性和經濟性，發展智能電網和分布式能源系統的關鍵技術。在已有的儲能技術中，壓縮空氣儲能具有儲能容量大、儲能周期長、單位投資小等優點，被認為是最具有廣闊發展前景的大規模儲能技術之一。

而傳統壓縮空氣儲能系統也存在依賴燃燒化石燃料、效率相對偏低、依賴特定的地理條件來建造大型儲氣室等問題。從20世紀90年代開始，為解決傳統壓縮空氣儲能技術的瓶頸問題，國內外學者開展了新型壓縮空氣儲能技術研發工作。我國對壓縮空氣儲能系統的研發雖然起步較晚，但發展很快。中科院工程熱物理所儲能研發團隊是國內最早進行壓縮空氣儲能技術研究的隊伍。從2013年建成首個1.5兆瓦的先進壓縮空氣儲能項目，到2016年建成首個10兆瓦的項目，再到如今建成首個100兆瓦的項目，中國能源研究會儲能專委會主任、中國科學院工程熱物理所研究員陳海生作為我國先進壓縮空氣儲能技術的創始人，帶領研究團隊實現了眾多突破，解決了傳統壓縮空氣儲能技術的多個難題，為實現“雙碳”目標作出了貢獻。

突破傳統桎梏，助力碳中和實現

2004年至今，陳海生團隊18年專注于先進壓縮空氣儲能技術的研發和應用。針對傳統壓縮空氣儲能技術的三個技術瓶頸，陳海生團隊取得了一些卓有成效的突破和進步?！耙皇沁M一步提高了效率，先進壓縮空氣儲能技術通過系統原理的突破、高效過程和過程耦合匹配，以及系統中熱能的高效回收利用來提高整個儲能系統的效率，系統效率從德國和美國電站的40%～50%提高到70%。二是通過對壓縮過程的熱進行回收，用壓縮熱來替代燃料燃燒，不使用天然氣等化石燃料。三是在沒有儲氣洞穴條件的地方，通過研發新型儲氣裝置，如壓力容器、壓力管道、液態空氣裝置等提高系統選址的靈活性?！标惡Ｉ榻B。

而這些進步來源于從理論到實踐的一步步創新和跨越?！盀閷崿F先進壓縮空氣儲能從理論到實際工程的跨越，我們先后突破了系統過程耦合與動態優化等基礎理論;突破了多級壓縮機和膨脹機、高效緊湊式蓄熱換熱器等關鍵技術;以及在此基礎上開展的系統集成和控制技術，從而實現系統的工程示范;最終使先進壓縮空氣儲能系統可以同時解決傳統壓縮空氣儲能系統的3個主要技術瓶頸?！标惡Ｉ鷪F隊已實現從理論到關鍵技術，再到工程應用的跨越，形成了完整的壓縮空氣儲能專利群。從團隊的多項技術突破和示范來看，該團隊在壓縮空氣儲能領域的整體研發進程及系統性能均處于國際領先水平。

談及下一步發展方向，陳海生表示，壓縮空氣儲能技術將向大型化、高效率和標準化方向發展，包括系統的單機規模向大型化發展，技術進步促進系統效率進一步提升，而其生產和制造將向標準化發展。

踏實專注，一步一個腳印

陳海生年紀輕輕便已多項榮譽加身，曾有報道提到過陳海生的“快捷人生”，而陳海生卻不這樣認為?！拔也徽J為自己是所謂的‘快捷人生，其實我是一直是按部就班，按規矩辦事的?！标惡Ｉ錾谏綎|滕州農村，沒有幼兒園，父母又繁忙，他5歲便被送進小學;當時小學讀5年，他10歲考上了中學;16歲上大學，20歲讀研究生，25歲博士畢業。陳海生說，他都是正常學習和畢業，從沒跳級過，一路走來，看似比較年輕，但每一步都是按部就班的，再平凡不過了?！拔易鰤嚎s空氣儲能技術研發工作也一樣，也是按科學規律做事，從基礎研究到關鍵技術，再到試驗示范，從1.5兆瓦到10兆瓦，再到100兆瓦，一步一個腳印，按規矩做事?！?/p>

一路走來，陳海生認為，勤奮和專注非常重要?！叭撕腿说哪芰Σ顒e并不大，特別是在中國科學院這個人才濟濟的地方，只有更加勤奮才可能做出更扎實的工作。同時，人的精力都是有限的，所以目標一定要有限，只有把有限的精力、有限的時間、有限的資源專注到有限的目標上，才能做出更好的工作。就如同我們團隊的工作方針，理想、專注、堅持、創新，18年來我們團隊就專注于一件事——壓縮空氣儲能技術，從1.5兆瓦示范，到10兆瓦，再到100兆瓦，一步一個臺階，積小成為大成，從一個勝利走向另一勝利?！?/p>

回國之心從未動搖

2005年，陳海生被公派去英國利茲大學訪學1年，學校給他安排了一個3萬英鎊的小的軟課題項目——給一家公司的液氮汽車發動機做熱力分析。而他的勤奮和專注，讓他把這個3萬英鎊的項目做成了總投入高達600萬英鎊的示范項目，為期1年的訪學也變成了4年的正式工作。

陳海生說：“項目雖小，但我做得比較細致，平時思考得也比較多一點，項目驗收時，我提出了做液態空氣儲能的建議。主要是當時考慮液氮的能量密度比較低，做移動式能源用于汽車，里程不是很大，但要是做固定式的，裝在地面上，對能量密度要求不高的情況下，是有可能的。于是，我進一步想到做成液態空氣儲能，用電高峰時制造液態空氣，用電低谷時液態空氣再用來發電?！本褪腔谶@個“靈機一動”的點子，陳海生和他英國的導師一起提出了新型液態空氣儲能系統的概念，該技術在能源領域的巨大潛力，很快得到了政府和投資機構的關注和支持。

雖然在英國的研究做得非常順利，但在英國工作4年后，陳海生還是回到了祖國?！斑x擇回國工作是我出國那天就確定的事情，從來沒有動搖過，所以不存在權衡是否回國事情，其實在國外工作每一天，我都在思考如何回國后開展工作。一是回國工作是我出國時向中科院作出的承諾，出國學習的目的就是為了能力提高后回國更好地工作;二是當時國家對儲能技術的需求也迅速增長，以滿足國家重大需求作為研究方向是我們科研工作者的責任，也保證了儲能技術具有很大的發展空間;三是國家和中科院對儲能技術非常重視，在項目和平臺等方面給予了很大支持，提供了很好的啟動條件?！?/p>

陳海生當時選擇回中科院工程熱物理所工作，主要有三方面的原因?！耙皇鞘煜?，我碩博連讀是在中科院工程熱物理所完成的，我對這里的科研環境和老師同學都非常熟悉，在英國的4年多期間，同研究所也保持著密切聯系和項目合作，回國時自然首先想到的是回工程熱物理所工作。二是平臺好，工程熱物理所具有一流的研究平臺和學科基礎，尤其在壓縮空氣儲能和儲冷、儲熱方面有很好的基礎，有利于開展相關科研工作。三是感恩，碩博連讀期間，研究所為我提供了很好的學習和工作條件，培養我順利完成博士學業，后來欣然接受我回所工作，又積極地推薦我出國，工程熱物理所給予我的全是培養、支持和幫助，我回國時唯一的選擇便是懷著感恩的心，全力以赴地工作來回報培養、支持和幫助過我的中科院工程熱物理所?！?/p>

持續發力，助力碳中和實現

北京市科協也在積極推動碳中和目標的實現，并擬成立北京碳中和學會。陳海生表示：“推進碳達峰碳中和是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策，是我國對國際社會的莊嚴承諾，也是推動高質量發展的內在要求。北京作為國際科創中心，在北京成立碳中和學會對于運用首都科技資源優勢，集聚專家智慧，有效促進政產學研金服用融合，助力北京率先實現雙碳目標，發揮引領輻射帶動作用具有重要意義?！?/p>

同時，陳海生也對北京碳中和學會未來的工作充滿了希冀?！跋Ｍ麑W會成立后突出特色和重點，加強‘雙碳領域的學科交叉和學術交流，建議重點開展四個方面的工作：一是加強戰略研究，為政府決策建言建策;二是加強學術交叉和學術交流，促進關鍵技術突破;三是技術與產業融合，打通政產學研用創新鏈條;四是促進國際合作與交流，爭取發起成立國際性碳中和科技組 織?！?/p>