先进压缩空气储能技术的先行者

推介单位：北京科学技术期刊学会受访专家：陈海生采编：任宇

陈海生

中国科学院工程热物理所研究员，中国工程热物理学会副理事长、秘书长，中国能源研究会储能专委会主任，Journal of Thermal Science、Energy Storage、《储能科学与技术》和《工程热物理学报》副主编/常务副主编。曾获“科学探索奖”、北京市科学技术奖一等奖、国家杰出青年科学基金、中国青年科技奖特别奖、 英国皇家学会牛顿高级学者奖、国家能源局软科学研究优秀成果奖、国防科学技术奖、侯德榜化工科技青年奖等。

碳达峰、碳中和是一场深刻的经济社会变革，同时也是一场深刻的能源革命和工业革命。储能是能源革命的关键支撑技术，是可再生能源大规模利用的迫切需要，也是提高常规电力系统效率、安全性和经济性，发展智能电网和分布式能源系统的关键技术。在已有的储能技术中，压缩空气储能具有储能容量大、储能周期长、单位投资小等优点，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。

而传统压缩空气储能系统也存在依赖燃烧化石燃料、效率相对偏低、依赖特定的地理条件来建造大型储气室等问题。从20世纪90年代开始，为解决传统压缩空气储能技术的瓶颈问题，国内外学者开展了新型压缩空气储能技术研发工作。我国对压缩空气储能系统的研发虽然起步较晚，但发展很快。中科院工程热物理所储能研发团队是国内最早进行压缩空气储能技术研究的队伍。从2013年建成首个1.5兆瓦的先进压缩空气储能项目，到2016年建成首个10兆瓦的项目，再到如今建成首个100兆瓦的项目，中国能源研究会储能专委会主任、中国科学院工程热物理所研究员陈海生作为我国先进压缩空气储能技术的创始人，带领研究团队实现了众多突破，解决了传统压缩空气储能技术的多个难题，为实现“双碳”目标作出了贡献。

突破传统桎梏，助力碳中和实现

2004年至今，陈海生团队18年专注于先进压缩空气储能技术的研发和应用。针对传统压缩空气储能技术的三个技术瓶颈，陈海生团队取得了一些卓有成效的突破和进步。“一是进一步提高了效率，先进压缩空气储能技术通过系统原理的突破、高效过程和过程耦合匹配，以及系统中热能的高效回收利用来提高整个储能系统的效率，系统效率从德国和美国电站的40%～50%提高到70%。二是通过对压缩过程的热进行回收，用压缩热来替代燃料燃烧，不使用天然气等化石燃料。三是在没有储气洞穴条件的地方，通过研发新型储气装置，如压力容器、压力管道、液态空气装置等提高系统选址的灵活性。”陈海生介绍。

而这些进步来源于从理论到实践的一步步创新和跨越。“为实现先进压缩空气储能从理论到实际工程的跨越，我们先后突破了系统过程耦合与动态优化等基础理论;突破了多级压缩机和膨胀机、高效紧凑式蓄热换热器等关键技术;以及在此基础上开展的系统集成和控制技术，从而实现系统的工程示范;最终使先进压缩空气储能系统可以同时解决传统压缩空气储能系统的3个主要技术瓶颈。”陈海生团队已实现从理论到关键技术，再到工程应用的跨越，形成了完整的压缩空气储能专利群。从团队的多项技术突破和示范来看，该团队在压缩空气储能领域的整体研发进程及系统性能均处于国际领先水平。

谈及下一步发展方向，陈海生表示，压缩空气储能技术将向大型化、高效率和标准化方向发展，包括系统的单机规模向大型化发展，技术进步促进系统效率进一步提升，而其生产和制造将向标准化发展。

踏实专注，一步一个脚印

陈海生年纪轻轻便已多项荣誉加身，曾有报道提到过陈海生的“快捷人生”，而陈海生却不这样认为。“我不认为自己是所谓的‘快捷人生，其实我是一直是按部就班，按规矩办事的。”陈海生出生在山东滕州农村，没有幼儿园，父母又繁忙，他5岁便被送进小学;当时小学读5年，他10岁考上了中学;16岁上大学，20岁读研究生，25岁博士毕业。陈海生说，他都是正常学习和毕业，从没跳级过，一路走来，看似比较年轻，但每一步都是按部就班的，再平凡不过了。“我做压缩空气储能技术研发工作也一样，也是按科学规律做事，从基础研究到关键技术，再到试验示范，从1.5兆瓦到10兆瓦，再到100兆瓦，一步一个脚印，按规矩做事。”

一路走来，陈海生认为，勤奋和专注非常重要。“人和人的能力差别并不大，特别是在中国科学院这个人才济济的地方，只有更加勤奋才可能做出更扎实的工作。同时，人的精力都是有限的，所以目标一定要有限，只有把有限的精力、有限的时间、有限的资源专注到有限的目标上，才能做出更好的工作。就如同我们团队的工作方针，理想、专注、坚持、创新，18年来我们团队就专注于一件事——压缩空气储能技术，从1.5兆瓦示范，到10兆瓦，再到100兆瓦，一步一个台阶，积小成为大成，从一个胜利走向另一胜利。”

回国之心从未动摇

2005年，陈海生被公派去英国利兹大学访学1年，学校给他安排了一个3万英镑的小的软课题项目——给一家公司的液氮汽车发动机做热力分析。而他的勤奋和专注，让他把这个3万英镑的项目做成了总投入高达600万英镑的示范项目，为期1年的访学也变成了4年的正式工作。

陳海生说：“项目虽小，但我做得比较细致，平时思考得也比较多一点，项目验收时，我提出了做液态空气储能的建议。主要是当时考虑液氮的能量密度比较低，做移动式能源用于汽车，里程不是很大，但要是做固定式的，装在地面上，对能量密度要求不高的情况下，是有可能的。于是，我进一步想到做成液态空气储能，用电高峰时制造液态空气，用电低谷时液态空气再用来发电。”就是基于这个“灵机一动”的点子，陈海生和他英国的导师一起提出了新型液态空气储能系统的概念，该技术在能源领域的巨大潜力，很快得到了政府和投资机构的关注和支持。

虽然在英国的研究做得非常顺利，但在英国工作4年后，陈海生还是回到了祖国。“选择回国工作是我出国那天就确定的事情，从来没有动摇过，所以不存在权衡是否回国事情，其实在国外工作每一天，我都在思考如何回国后开展工作。一是回国工作是我出国时向中科院作出的承诺，出国学习的目的就是为了能力提高后回国更好地工作;二是当时国家对储能技术的需求也迅速增长，以满足国家重大需求作为研究方向是我们科研工作者的责任，也保证了储能技术具有很大的发展空间;三是国家和中科院对储能技术非常重视，在项目和平台等方面给予了很大支持，提供了很好的启动条件。”

陈海生当时选择回中科院工程热物理所工作，主要有三方面的原因。“一是熟悉，我硕博连读是在中科院工程热物理所完成的，我对这里的科研环境和老师同学都非常熟悉，在英国的4年多期间，同研究所也保持着密切联系和项目合作，回国时自然首先想到的是回工程热物理所工作。二是平台好，工程热物理所具有一流的研究平台和学科基础，尤其在压缩空气储能和储冷、储热方面有很好的基础，有利于开展相关科研工作。三是感恩，硕博连读期间，研究所为我提供了很好的学习和工作条件，培养我顺利完成博士学业，后来欣然接受我回所工作，又积极地推荐我出国，工程热物理所给予我的全是培养、支持和帮助，我回国时唯一的选择便是怀着感恩的心，全力以赴地工作来回报培养、支持和帮助过我的中科院工程热物理所。”

持续发力，助力碳中和实现

北京市科协也在积极推动碳中和目标的实现，并拟成立北京碳中和学会。陈海生表示：“推进碳达峰碳中和是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，是我国对国际社会的庄严承诺，也是推动高质量发展的内在要求。北京作为国际科创中心，在北京成立碳中和学会对于运用首都科技资源优势，集聚专家智慧，有效促进政产学研金服用融合，助力北京率先实现双碳目标，发挥引领辐射带动作用具有重要意义。”

同时，陈海生也对北京碳中和学会未来的工作充满了希冀。“希望学会成立后突出特色和重点，加强‘双碳领域的学科交叉和学术交流，建议重点开展四个方面的工作：一是加强战略研究，为政府决策建言建策;二是加强学术交叉和学术交流，促进关键技术突破;三是技术与产业融合，打通政产学研用创新链条;四是促进国际合作与交流，争取发起成立国际性碳中和科技组 织。”