我国“碳达峰碳中和”目标一出，能不能达成？怎么达成？相关技术能为这个总体目标带来多少增效？一度成为各家关注的焦点。

就在今年年初，全球顶级期刊Nature上一篇题为《中国零碳雄心——四支科研团队助力中国实现零碳能源目标》的文章，就细细梳理了目前我国在储能、能源预测、海上风能等领域的一系列进展。其中一项“空气储能”赚足了眼球。

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把空气做成“充电宝”，这项技术，正是中科院工程热物理研究所副所长陈海生团队研究的。这条路，他们前后走了18年。

把空气做成“充电宝”，真的可以吗？

把空气做成“充电宝”，听起来虽然“离谱”，但它确实是正儿八经的新能源技术——学名：压缩空气储能。

它的基本原理很好理解，就是在用电低谷的时候，通过压缩机把空气压缩成高压空气，等到了用电高峰，再把这些高压空气释放，用它们来驱动膨胀发电机发电。1943年，美国就申请了第1个现代压缩空气储能专利。

世界上第1个压缩空气储能技术专利

而世界上第1个商业运行的现代压缩空气储能电站，是于1978年在德国建成的。这个名为Huntorf的压缩空气储能电站，在用电低谷时，会通过压缩机把空气压缩储存在储气洞穴中，到了用电高峰，一边释放高压空气，一边借助燃料制造高压、高温环境，驱动膨胀发电机发电。

虽然Huntorf现在运行的很稳定，不过，它还是存在很大的局限性。比如，它的建造对地理条件依赖度很高；再比如，它的发电过程不可避免地需要借助化石燃料，整体效率也相对较低。

正是认识到了这些，压缩空气储能，一直是世界各国研究团队努力攻关的难题之一。

陈海生所在的研究团队，就是其中的一分子。

陈海生

18年，一条路

2004年，陈海生决定，把压缩空气储能当做自己未来的主攻方向。

但他的这个决定，却引来了老前辈们的担心——这个领域国内当时基本处于空白状态，他们不止一次提醒：“海生，你好好考虑，这个研究方向对不对？”

但陈海生却对自己的选择异常坚定，他觉得，从整个能源领域的发展趋势来看，可再生能源会是将来的主要趋势之一，而压缩空气储能作为其中的一项技术，未来一定会有很大的发展需求。

压缩空气储能新旧技术对比

确定了主攻方向，陈海生把研究重点放在了对传统压缩空气储能技术的“升级改造”上。

他和团队分析发现，传统技术表现出来的局限性，根源主要集中在3个方面——一是空气在压缩过程中产生的压缩热没有回收；二是空气储能密度比较低；三是整体装置的压缩、膨胀系统相互独立，导致总体效率不高。

针对这3个问题，他们创造性地对原有装置进行了改造，通过回收压缩热量摆脱了之前对化石燃料的依赖；设计压力容器储气装置，使整体装置摆脱了对地理条件的依赖；最后，优化装置的压缩膨胀结构，提高整体效率。

2010年，陈海生和团队成员们在中关村建成了一个占地仅有15平方米的1千瓦压缩空气储能系统，用它验证了他们的整体思路；

1千瓦压缩空气储能系统

2011年，他们又在中关村建成了一个占地70平方米左右的15千瓦压缩空气储能系统，用它进行了更深入的基础研究和设计验证；

2013年，他们在河北廊坊建成了国际首套1.5兆瓦先进压缩空气储能示范项目，整体占地面积400平方米，系统效率已经可以达到52.1%；

2016年，贵州毕节，一个占地面积约有1500平方米的国际首套10兆瓦先进压缩空气储能示范系统建成，系统效率提升到了60.2%，并已经平稳运行超过4000个小时；

100兆瓦先进压缩空气储能示范系统

而2021年河北张家口国际首套100兆瓦的先进压缩空气储能系统建成，标志着陈海生和团队把我们的压缩空气储能技术，又推向了一个新的“量级”。

相较于原来的10兆瓦技术，这套新系统的整体效率将提高10%，而成本则比原来下降30%，其性能指标远远超过国际同等规模的压缩空气储能系统。

国际同等规模压缩空气储能系统性能对比（图源：格致论道讲坛）

这些成绩背后的艰辛，陈海生比谁都清楚。

就拿河北张家口的示范项目来说——当时，示范项目的工期被定在了冬天。而张家口地区冬天的最低气温可以达到零下25度，因为当地风大，人体体感温度能达到零下40度。

在这样的环境下施工，当中的艰辛可想而知。

但整个团队中的20多人，一直坚守在一线，直到示范项目成功并网，他们才结束“出差任务”。

目前，国内已经建成了6台压缩空气储能示范项目，正在建设和规划建设的有20多套。

陈海生说，未来他们还要做好3件事：“是现有技术的推广和应用；二是更大规模的系统研发，比如300兆瓦系统；第三就是不断研发新的压缩空气储能技术，不断提高效率和其他性能。”这是他们的梦想，更是他们的使命。