发展压缩空气储能：给电网装上“空气充电宝”

出品：科普中国

作者：陈海生（中国科学院工程热物理研究所） 中国科普博览

监制：中国科普博览

出门在外，人们为了避免手机断电，往往选择携带充电宝或者使用共享充电宝。但是你想过吗？如果有一天，由于能源短缺造成大范围供电的电网也断了怎么办？它有没有专属充电宝，为自己补充能源呢？

还真有！目前科学家在研究的压缩空气储能技术，就是利用身边无处不在的空气，为电网打造“充电宝”。这个“空气充电宝”是如何工作的？发展技术的过程中又存在什么困难呢？

图片来源：veer图库

一、为什么要发展压缩空气储能？

从能源发展的潮流中可以发现，可再生能源将逐步占据主流能源的地位，而化石能源要逐步降低比例。但是，可再生能源存在两个基本问题，第一是可再生能源的能量密度低，需要通过转化成高能量密度的载体才能稳定使用，目前学界普遍认为转化成电是比较方便的；

开采石油 （图片来源：veer图库）

第二个问题是可再生能源和化石能源（例如煤、石油、天然气）相比，存在间歇性、波动性和周期性。如果可再生能源逐步成为了主流能源，那这些不可控因素将无法保障国家的能源安全。

应该如何解决这些不可控因素呢？科学家提出首先要建“蓄水池”。在能源系统中，储能就是能源发现与能源使用中间的“蓄水池”概念。在可再生能源逐渐扩大比例的背景下，储能的重要性将会越来越明显，并有可能成为一个大的学科方向。

压缩空气储能原理 （图片来源：veer图库）

压缩空气储能，简单来说，就是用电来带动压缩机然后产生高压的空气，存放在储气装置当中。在用电高峰时，高压的空气释放驱动膨胀机旋转来带动发电机。

这样一来，原本被储藏的电又被释放，实现了能量的转化存储。在转化回去的过程中，压缩空气储能基本上处于从示范到产业化初期的发展过程。中国目前已经做了6台，正在建或者在规划中的大概有20多台。

当前普遍的观点是，可再生能源要想大规模发展，到2060年要占能源种类比例的80%，那么储能基本上就要占到整个电力系统的10%-15%。而在这10%-15%当中，有多种大规模的储能技术都在发展。比如说抽水蓄能、压缩空气、锂电池和液流电池。不过，压缩空气储能还具有相当的竞争力，发展前景十分广阔。

二、从科学到技术、到工程，这中间要跨越“山和大海”

科学、技术和工程实际上是不同的。科学讲究的是科学原理研究 ，简单来说就是科学本来就在那里，不管你有没有发现它都在那里。因为牛顿发现了三大定律，所以才叫“牛顿三大定律”，即使牛顿没有发现，也会有别人发现。所以不管是谁，定律也不过只改一个名字而已。

技术是发明，要有新的结构来实现新的功能，是发明创造出来的。应用则属于社会生产力，需要应用推广来改善人民生活。

科技改变生活 （图片来源：veer图库）

所以，当你发现新科学并发表了论文，这不代表科学的结束，而应该继续把发现转化为技术，推广成应用。实现产业化之后，除了科学技术的问题，还要考虑方方面面的问题，比如土地、资源，和各种利益诉求。以储能领域为例，我们需要不断钻研，从原理上、机理上、技术上创新，然后不断迭代新型的储能技术。

三、为什么要坚守“双碳”战略？

我们国家的双碳目标，就是要在二零三零年实现碳达峰，二零六零年实现碳中和。其主要手段就是提高可再生能源的应用比例。所以，从国家角度来讲，我们坚守“双碳”战略的原因有两个，一是给国际社会承诺，即我们站在人类命运永续发展的角度，担负人类命运共同体的责任；二是为了中国自身的中华民族的永续发展负责，我们自己也要坚守双碳。

图片来源：川观新闻

目前，中国的经济发展已经到达人均1万美元以上，人们对美好生活的向往，对资源环境的要求也在不断提升。作为中科院的一员，作为国家战略科技力量的一员，更要在科技支撑方面发挥主力军的作用。这是我们的使命，也是我们应该做的事情。

在未来，科技支撑在“双碳”战略中发挥的作用会越来越重要。战略实行前期可能靠压减排放，后期就主要靠科技。因为经济要发展，能源要增加，碳排放又要减少，这种情况是矛盾的，必须采用新技术才能实现。

随着经济形势和科技形势的发展，我们现在也许能看清五年、十年后的发展，但是几十年之后的事情是难以确定的。所以，只有与时俱进，不断调整，才能打好这场双碳之战。

注：本文内容由编辑根据对陈海生老师的采访整理而成。

编辑：田薇