内蒙古乌兰察布市卓资县,3套350兆瓦非补燃压缩空气储能机组正在建设。作为项目首席科学家,看到项目持续进展,我倍感振奋。这背后,是我们团队10余年围绕压缩空气储能技术开展的艰难攻关。

 风有间歇、光有昼夜,储能系统是构建新型电力系统的关键支撑,就像给风电、光伏配备的巨型“充电宝”,可以将电能存储起来,在需要时稳定输出。我们团队主攻的压缩空气储能技术,如同“空气充电宝”:储能时,利用风电、光伏等驱动压缩机,将空气压缩到高压状态,存入储气装置;释能时,高压空气释放,驱动透平膨胀机做功,带动发电机输出稳定的电能。

 我带领团队提出了非补燃技术路线,将空气压缩过程中产生的压缩热存储起来,在发电时利用,大幅提升效率,且全过程无燃烧、无排放。组建多学科团队、建成试验电站、完成技术路线的全流程验证,随后,我们遇到了难题:试验电站距离产业化发展仍有差距,如何建设一座真正的工业电站?为此,我带领团队四处寻找合作伙伴。

 2017年起,我担任江苏金坛盐穴压缩空气储能项目首席科学家,全面负责电站的设计、研发、建设、调试和运维。虽做足了心理准备,但困难远超想象。关键核心设备的研发就是一大难点——当时,很多企业对压缩空气储能技术并不了解。我们与设备厂家、设计院和建设单位反复沟通,改进方案,创新工艺。以“高负荷宽工况高温离心压缩机”的研制为例,我们先后提出了100多个计算模型及实施方案,数十次赴厂家协调商讨,不断分析、优化、改进、再试验,最终攻克难题。

 在参与单位的共同努力下,江苏金坛60兆瓦/300兆瓦时盐穴压缩空气储能电站于2022年5月正式投产运行。截至去年底,电站成功储释能运行1690次,总调峰电量达6.07亿千瓦时,电能转换效率62.38%,达到国际领先水平。

 近年来,我们开始关注新的研究领域。我国三北地区风光资源丰富,但北方冬季严寒,对储能设备的稳定运行是个考验。如何在高寒地区规模化推广压缩空气储能?这成为我们的新课题。

 2025年,在内蒙古化德县,我们建成高寒地区宽滑压60兆瓦/240兆瓦时人工硐室压缩空气储能电站,取得多项技术突破。这里冬季气温常低至零下25摄氏度以下,部分关键设备易冻损,我们就开发了专用装备等,适应极端环境运行需求。该项目的成功,将为高寒地区的规模化储能提供新方案。

 回望来路,每一步跨越背后都是坚定的初心:产学研深度合作,将论文写在祖国大地上。展望未来,我们团队将继续深耕,不断推动技术创新,研制出更多、更大的“空气充电宝”,为保障国家能源安全、推动绿色低碳转型贡献智慧和力量。

 (作者为清华大学电机系教授,本报记者吴月采访整理)  

 记者手记

 敢把设想变实践

 没有课的日子,梅生伟常往工程现场跑,提供技术支持保障。如今,他作为首席科学家,参与建成压缩空气储能电站9座、在建12座。

 加强产学研深度融合,促进科技成果转化,是团队始终的坚持。从2011年提出技术路线起,梅生伟已和团队在非补燃压缩空气储能领域探索15年。成果不仅留在论文、书架,更写在祖国大地上。

 选题从产业需求中来。梅生伟的科研选题常常瞄准国家需求、工程一线需求,致力于解决关键技术难题。例如,聚焦压缩空气储能技术,正是为了服务构建新型电力系统、支撑能源结构转型升级、助力实现“双碳”目标。选准问题,才能让科研创新成果与国家发展需要丝丝相扣。

 将论文应用到工程实践中去。设备研发难、电站建设运维难……面对种种困难,梅生伟带领团队与企业协同创新,让来自高校的科技创新成果更有生命力、在实践中发挥更大作用。

 一流大学是基础研究的主力军和重大科技突破的策源地。要大力推动高校科技成果转移转化,让更多成果从书架走向货架、从实验室走向工程一线,从勇于创新的设想落地为敢为人先的实践。

 延伸阅读

 “空气充电宝”可以建在哪儿

 清华大学新型电力系统运行与控制全国重点实验室副研究员崔森介绍,储气系统是压缩空气储能系统的重要组成部分,储气方式包括盐穴储气、人工硐室储气等。

 为什么盐穴可以成为“空气充电宝”的理想“储气仓”?崔森介绍,储存高压空气的关键是不漏水、不漏气,而盐穴恰好自带“自愈能力”:若穴壁出现细微裂缝,周围盐体遇水融化后会渗透至裂缝处,像水泥般凝固,牢牢锁住高压空气。盐穴压缩空气储能还具备低成本、高经济性等优势,多数盐穴由废弃盐矿改造而成,实现闲置资源再利用,降低前期建设成本。

 人工硐室也是压缩空气储能“储气仓”的发展方向之一,具有适配性强等特点,可根据需要开挖不同体积的硐室,匹配适宜的储气空间,且检修便利。

 抽水蓄能电站建设过程中形成的废弃支洞,亦可改造为气水共容仓,由此构建抽水蓄能耦合压缩空气储能的联合循环系统。此外,“空气充电宝”还可以建在水下,利用水下柔性储气气囊存储高压空气。随着海洋工程和材料技术进步,其应用前景正受到越来越多关注。

 (本报记者吴月整理)