液化空气储能技术发展历程与现状综述

摘要：本文深入分析液化空气储能技术发展态势。从技术层面来看新型热交换材料以及智能控制系统，能提高效率并增强系统集成度。在产业领域产业链不断健全，商业模式推陈出新产业联盟的形成促进了协同发展。在应用上该技术在电力系统中的应用持续深化，并朝着工业交通等多个领域融合延伸。液化空气储能技术前景广阔，有望助力全球能源体系迈向清洁高效可持续。

关键词：液化空气储能；技术创新；产业生态；应用拓展

在全球积极推进能源转型的当下可再生能源占比迅速攀升，然而其固有的间歇性与波动性问题严重制约了电力供应稳定性与可靠性。传统储能技术在容量效率等方面存在局限，难以满足日益增长的能源存储需求。在此背景下液化空气储能技术以其独特优势脱颖而出，成为学界与产业界关注焦点。本文将深入剖析其发展历程现状及趋势，为能源领域发展提供有力参考。

一、液化空气储能技术发展历程

1.1 概念萌发与理论奠基（20 世纪 70 年代 - 90 年代初）

20 世纪 70 年代，在全球能源危机的大背景下能源存储技术的探索迫在眉睫，液化空气储能技术概念应运而生。国外学者率先提出这一创新理念其核心在利用空气液化与汽化过程实现电能的存储与释放。彼时理论研究聚焦系统的热力学原理，试图构建起完整的能量转化模型。例如对空气压缩液化过程中的能量损耗，以及液态空气释放能量时的做功效率等关键问题展开深入分析。上世纪 90 年代初日本的日立公司与三菱公司积极投身该技术的应用研究，尝试将理论构想落地实践。然而在实际探索中，他们发现系统循环效率偏低在当时的技术与经济条件下，难以达成可观的经济效益这使得液化空气储能技术的首次产业化尝试受挫，陷入发展低谷。

1.2 技术蛰伏与渐进突破（20 世纪 90 年代中 - 2010 年代初）

全球科研人员在经历前期挫折后，并未放弃对液化空气储能技术的研究而是进入一段技术沉淀期专心破解核心难题。这一时期研究重点变为对系统关键参数的优化以及核心部件性能的增进。一方面针对储能时空气难以彻底液化致使能量损失的情况，科研人员借助改良制冷循环研发新型热交换器等方式增进空气液化率。另一方面致力提高储能过程中压缩热的回收以及释能阶段的有效利用程度，通过对热管理系统进行优化研发高效蓄热材料，来减少能量损耗。比如部分研究团队倡导采用多级压缩与冷却技术，通过逐步降低空气温度来增进液化效率。历经多年努力这些技术改良措施已初见成果，为后续技术的复苏和发展打下了坚实基础。

1.3 技术复苏与商业启航（2010 年代中 - 至今）

近年来随着全球对可再生能源消纳需求的急剧增长以及储能技术重要性的日益凸显，液化空气储能技术迎来发展新契机从幕后走向台前。2011 年英国液化空气储能技术开发商 Highview Power 试制出全球首台液化空气储能装置样机，成为技术商业化进程中的重要里程碑。随后一台 350kW 装置成功应用苏格兰南方能源公司毗邻生物质热电联产厂的并网中试项目，系统运行良好有力验证了液化储能技术的可行性。此后，Highview Power 不断积累经验在装置模块化设计方面取得重大突破，并在英国西班牙澳大利亚等地成功落地多个项目。在国内随着大容量可再生能源弃电消纳和电网削峰填谷需求的加剧，液化空气储能技术受到广泛关注。中科院理化所率先开展相关研究提出联合循环发电厂与液化空气储能系统耦合方案，大幅提升系统效率。华北电力大学西安交通大学等高校团队也相继投身其中，从不同角度优化系统性能。2022 年起国内商业化进程加速推进。中国绿发与中科院理化所合作成立液化空气储能合资公司以青海海西 6 万千瓦 / 60 万千瓦时液化空气储能项目为依托，全力打造国内首台（套）示范项目目前该项目已进入运营测试阶段，有望成为世界最大规模的液态空气储能电站推动液化空气储能技术迈向新的发展高度。

二、液化空气储能技术现状分析

2.1 技术成熟度稳步提升

目前液化空气储能技术在核心技术以及系统集成这两方面，都取得了显著的进步。从核心技术方面来看空气压缩液化膨胀发电等关键环节的技术精度和稳定性都有了显著增强。举例来说高效压缩机的研制成功，让空气压缩过程中的能量消耗明显降低同时压缩效率得到提高。凭借先进的制冷技术空气液化的速率得以加速，能耗也有所降低从而能够在更短的时间内把大量空气转化为液态并储存起来。对系统集成层面而言各子系统之间的协同运作变得更为协调，热管理系统与储能释能过程达成了精确匹配这有效地提高了系统整体的能量转化效率。许多科研团队借助实验以及模拟分析的方式持续完善系统架构，让各部件之间的连接与交互变得更为合理进而进一步提升了系统集成的成熟程度。

2.2 项目应用多点开花

国外英国 Highview Power 公司已成功落地多个液化空气储能项目，其中位于英国的一项目稳定运行多年，为周边区域的电网提供了可靠的调峰支持。在西班牙相关项目与当地的太阳能发电站相结合，有效解决了太阳能发电的间歇性问题实现了能源的稳定输出。在国内青海海西 6 万千瓦 / 60 万千瓦时液化空气储能项目正在稳步推进，该项目一旦全面投入运营将成为世界最大规模的液态空气储能电站，届时将极大提升我国西部地区的储能能力助力新能源的高效消纳。此外河北建投储能技术有限公司的液态空气储能电站也已完成并网发电与试运行任务，一天可发电 4000 度满足众多家庭的日常用电需求，标志着我国在该技术的实际应用方面迈出重要一步。

2.3 产业发展势头强劲

产业链建设逐步完善从上游的设备制造，如高性能压缩机热交换器以及储能罐等核心装备的生产企业不断涌现，到中游的系统集成商能够根据不同应用场景定制化开发液化空气储能系统再到下游的能源运营商，积极将该技术应用电网新能源电站等领域形成了较为完整的产业生态。同时产业政策支持力度持续加大，各地政府纷纷出台鼓励政策对投资液化空气储能项目的企业给予资金补贴税收优惠等政策扶持吸引了大量社会资本涌入，推动产业规模快速扩张。例如部分地区设立了专项产业基金，用于支持液化空气储能技术的研发与项目建设为产业发展注入强大动力促使该技术从实验室走向更广阔的市场应用。

三、液化空气储能技术发展趋势

3.1 技术创新驱动性能飞跃

在技术研发方向上提升效率与推进系统集成创新成为两大核心要点。一方面科研人员正致力开发新型热交换材料与结构，以增强系统在储能和释能过程中的热量传递效率。例如北京航空航天大学的研究团队针对大规模液化空气储能用热交换装置展开研究，提出基于液化空气储能的冰蓄冷热交换装置利用冰与水之间的相变储存冷量，在液化空气制备时释放并为液化系统提供冷却水显著提高了液化系统效率，有效降低了储能时的电能消耗。另一方面系统集成创新聚焦优化各子系统间的协同工作流程。通过引入智能控制系统实现对压缩液化储存及膨胀发电等环节的精准调控。如英国的一研究机构通过开发先进的控制算法，使系统能够根据实时的能源需求和储能状态动态调整各部件的运行参数，进一步提升了系统整体的能量转化效率为液化空气储能技术的广泛应用提供了坚实的技术支撑。

3.2 产业生态持续拓展完善

对产业发展趋势而言，产业链的完善以及商业模式的创新已然成为推动行业发展的关键要素。在产业链上游设备制造企业持续增加研发投入，对压缩机热交换器以及储能罐等核心装备的性能和质量进行提高。拿国内情况来说不少企业在高效压缩机研发方面实现突破，大幅降低了空气压缩过程中的能量损耗。处于中游的系统集成商积极探寻与不同行业的融合应用方式，依据客户多样化的需求开展液化空气储能系统的定制化开发工作。下游的能源运营商加快项目规划，把这项技术广泛运用到电网新能源电站等领域。与此同时商业模式的创新也不断出现。比如部分企业试行能源服务合同管理模式，为客户提供涵盖项目建设运营以及维护的一站式服务，以此降低客户投资风险提升项目的市场竞争力。另外随着产业规模逐步扩大，产业联盟的作用越发突显。在 2024 年 9 月 22 日中国绿发携手中国科学院理化技术研究所等单位，正式组建中国液态空气储能产业联盟，借助技术创新与产业协同推动液态空气储能技术的研发应用以及产业化进程，促使产业链各环节展开密切合作并实现资源共享。

3.3 应用领域不断纵深拓展

在应用拓展趋势方面液化空气储能技术在电力系统中的应用将不断深化，并加速向多领域融合渗透。在电力系统中除了发挥传统的削峰填谷提升电网稳定性的作用外，还将与分布式能源系统紧密结合。如在一些偏远地区或海岛将液化空气储能系统与当地的太阳能风能发电设施相结合，有效解决可再生能源发电的间歇性问题，实现能源的稳定供应。同时该技术在多领域融合应用上也展现出巨大潜力。例如在工业领域，与钢铁厂化工厂等大型工业企业的余热回收系统相结合，利用余热实现空气的液化降低储能成本，提高能源综合利用效率。在交通领域部分研究机构正在探索将液化空气储能技术应用电动汽车的移动充电设施，通过预先储存的液态空气为电动汽车快速充电解决电动汽车充电时间长续航焦虑等问题，为未来交通能源的转型提供新的解决方案。随着技术的不断成熟与应用场景的持续拓展，液化空气储能技术有望在能源领域发挥更为重要的作用推动全球能源体系向清洁高效可持续的方向发展。

结语

总而言之经过多年发展，液化空气储能技术在技术创新产业构建以及应用拓展等方面，都已经成绩卓著。尽管它仍然遭遇一些挑战然而在提升能源利用效率稳定电力供应以及推动可再生能源消纳等方面，呈现出了巨大的潜力。伴随着技术的不断进步以及产业的协同发展这项技术有希望深度嵌入全球能源体系，为达成能源清洁高效可持续发展的目标奉献关键力量进而揭开能源存储的新篇章。

参考文献

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