如果手機(jī)沒(méi)電了，我們可以用充電寶為手機(jī)充電，可如果整個(gè)電網(wǎng)沒(méi)電了，該怎么辦呢？這時(shí)候，就需要一種特殊的“空氣‘充電寶’”——壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。

2024年4月30日，由中國(guó)科學(xué)院研發(fā)的國(guó)際首套300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家示范電站，在山東省肥城市首次并網(wǎng)發(fā)電成功。這標(biāo)志著我國(guó)擁有了世界上規(guī)模最大、效率最高、性能最優(yōu)、成本最低的新型壓縮空氣儲(chǔ)能電站。

[“空氣‘充電寶’”的誕生]

壓縮空氣儲(chǔ)能（Compressed-Air Energy Storage，簡(jiǎn)稱(chēng)CAES）是一種利用空氣作為能量介質(zhì)的儲(chǔ)能技術(shù)，它分為儲(chǔ)能和釋能兩個(gè)基本工作過(guò)程。儲(chǔ)能過(guò)程可以這么想象：你有一個(gè)氣球，當(dāng)你吹氣進(jìn)去時(shí)，氣球會(huì)膨脹，氣球內(nèi)部就儲(chǔ)存了你吹進(jìn)去的能量。在壓縮空氣儲(chǔ)能中，當(dāng)電網(wǎng)有多余的電能時(shí)，這些電能會(huì)被用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮到高壓狀態(tài)。而壓縮后的空氣被儲(chǔ)存在一個(gè)密封的地下洞穴或者容器中，就像把氣球的氣儲(chǔ)存起來(lái)一樣。當(dāng)需要使用這些儲(chǔ)存的能量時(shí)，就像給氣球放氣一樣，儲(chǔ)存的高壓空氣會(huì)被釋放出來(lái)。釋放的高壓空氣通過(guò)一個(gè)熱交換器加熱，增加其溫度和能量。加熱后的高壓空氣推動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電力，就像氣球放氣時(shí)推動(dòng)小車(chē)前進(jìn)一樣。這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的電力可以被輸送到電網(wǎng)中，供人們使用。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，壓縮空氣儲(chǔ)能就像是一個(gè)大型的“氣球”，在電能充足時(shí)儲(chǔ)存能量，在需要時(shí)釋放能量，轉(zhuǎn)換為電能供人們使用?？梢哉f(shuō)，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)就像是給電網(wǎng)安裝了一臺(tái)大型“充電寶”。

與鋰電池、抽水蓄能等其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，壓縮空氣儲(chǔ)能具有幾大優(yōu)勢(shì)：規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、成本低（建設(shè)和維護(hù)成本相對(duì)較低）、清潔無(wú)污染（使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生污染物）。

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的概念早在1949年就在美國(guó)出現(xiàn)了，德國(guó)和美國(guó)分別于1978年和1991年建成并投入使用壓縮空氣儲(chǔ)能電站，這兩座儲(chǔ)能電站均運(yùn)行至今。雖然壓縮空氣儲(chǔ)能世界各國(guó)都有布局，但并非熱門(mén)，原因在于傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)存在效率不高的缺點(diǎn)。德、美兩國(guó)儲(chǔ)能電站的效率分別僅為42%和54%。也就是說(shuō)，存進(jìn)去1度電，只能放出來(lái)大約0.5度電，另外0.5度電在存、放的過(guò)程中被消耗了。而且，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能裝置必須依賴(lài)天然氣提供熱源。

這兩個(gè)缺點(diǎn)在油氣資源豐富的國(guó)家尚可接受，但放到“缺油少氣”的中國(guó)，無(wú)疑是致命短板。

[中國(guó)讓CAES技術(shù)大放異彩]

要從根本上突破這兩大技術(shù)瓶頸、在中國(guó)走通壓縮空氣儲(chǔ)能這條路，顯然不能僅依靠跟蹤、模仿和改進(jìn)，必須來(lái)一場(chǎng)徹底的技術(shù)創(chuàng)新。

中國(guó)科學(xué)家們對(duì)傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了根本性的創(chuàng)新——不再依賴(lài)天然氣作為熱源，而是利用壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，這大幅提高了儲(chǔ)能效率，理論上其效率可達(dá)70%以上。

2021年，河北張家口的百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家示范項(xiàng)目成功并網(wǎng)，每年可以發(fā)電1.32億度，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4.2萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放10.9萬(wàn)噸。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，山東肥城的300兆瓦示范電站設(shè)計(jì)效率達(dá)到了72.1%，如何理解這一數(shù)值呢？300兆瓦可以為20萬(wàn)～30萬(wàn)戶(hù)居民提供電力保障，而72.1%的設(shè)計(jì)效率意味著它在轉(zhuǎn)換能量時(shí)的損耗非常低。研究人員表示，該電站的運(yùn)行每年可以節(jié)省約18.9萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少約49萬(wàn)噸二氧化碳排放，對(duì)減少溫室氣體排放、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

未來(lái)，壓縮空氣儲(chǔ)能有望成為更適合中國(guó)發(fā)電行業(yè)的主流技術(shù)路線。

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，不僅展現(xiàn)了中國(guó)科學(xué)家們的創(chuàng)新精神和不懈努力，而且為我們的綠色能源夢(mèng)想提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，相信在不久的將來(lái)，這種清潔、高效的“空氣‘充電寶’”將走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，為我們的美好生活提供更加穩(wěn)定和清潔的能源保障。

欄目責(zé)編：韋 力