中科院兆瓦級(jí)恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)成功，向心膨脹機(jī)效率88.28%

儲(chǔ)能技術(shù)，除了鋰電池，還有什么？

這個(gè)問題，放在五年前，答案可能很單調(diào)——磷酸鐵鋰、三元鋰，翻來覆去就那幾樣。但放在2026年的今天，答案正在變得越來越豐富。

鈉電池開始在數(shù)據(jù)中心備電中嶄露頭角，全釩液流在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域加速落地，飛輪儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)頻中馳騁。而4月9日，中科院工程熱物理研究所又給這個(gè)“工具箱”添了一件新兵器——兆瓦級(jí)恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)宣布，他們成功完成了該系統(tǒng)的釋能全工況動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)研究。研制的向心膨脹機(jī)在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了1.39兆瓦功率輸出，整機(jī)等熵效率高達(dá)88.28%。相關(guān)成果同步發(fā)表于國(guó)際能源儲(chǔ)能領(lǐng)域權(quán)威期刊《Journal of Energy Storage》。

這不是實(shí)驗(yàn)室里的“盆景數(shù)據(jù)”，而是把系統(tǒng)從啟動(dòng)到停機(jī)的全流程都跑通后拿到的“實(shí)戰(zhàn)成績(jī)單”。研發(fā)團(tuán)隊(duì)揭示了系統(tǒng)啟動(dòng)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、停機(jī)等全流程的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性，精準(zhǔn)刻畫了膨脹機(jī)各級(jí)溫度/壓力變化、換熱器壓力損失及儲(chǔ)罐內(nèi)溫度/壓力變化規(guī)律。

鮮探覺得，這份成績(jī)單的意義，不在于1.39兆瓦這個(gè)數(shù)字，也不在于88.28%這個(gè)效率，而在于它證明了：非鋰儲(chǔ)能這條路，走得通，而且能走得很穩(wěn)。當(dāng)儲(chǔ)能的“工具箱”里多了一件趁手的“兵器”，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，就多了幾分底氣。

01 為什么是“恒壓”？水下700米的儲(chǔ)能革命

先來拆解一下這項(xiàng)技術(shù)的“硬核”之處。

發(fā)展海上風(fēng)電等海洋可再生能源是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。截至2025年底，全球海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)約89.2GW，我國(guó)以52GW累計(jì)裝機(jī)位居全球首位。但風(fēng)光等可再生能源具有間歇性、隨機(jī)性等特征，海上風(fēng)電呈反調(diào)峰特性、缺乏常規(guī)電源主動(dòng)支撐，迫切需要新型儲(chǔ)能技術(shù)支撐可再生能源發(fā)電穩(wěn)定運(yùn)行與可靠送出。

水下恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能的思路完全不同。它利用恒定靜水壓實(shí)現(xiàn)恒壓儲(chǔ)釋能——把儲(chǔ)氣裝置放在水下，水的壓力天然恒定，無論里面還有多少空氣，排氣壓力始終不變。這意味著，膨脹機(jī)可以在最佳設(shè)計(jì)點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，無需墊底氣，能量效率最高可達(dá)80%。

鮮探覺得，這個(gè)思路有點(diǎn)像“水壓穩(wěn)壓閥”——不是靠復(fù)雜控制，而是靠物理原理解決問題。簡(jiǎn)單，但有效。

但這項(xiàng)技術(shù)一直有一個(gè)核心瓶頸：動(dòng)態(tài)特性研究匱乏。說白了，就是“理論上可行，但實(shí)際跑起來會(huì)怎樣，沒人知道”。研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一瓶頸，研制了國(guó)內(nèi)首個(gè)兆瓦級(jí)恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能夠模擬700米水深環(huán)境，支撐恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵部件及整機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究。

02 1.39MW，88.28%：實(shí)驗(yàn)室里跑出來的“硬核數(shù)據(jù)”

先來看看這次實(shí)驗(yàn)的“成績(jī)單”。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)研制的向心膨脹機(jī)，在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了1.39兆瓦功率輸出，整機(jī)等熵效率達(dá)88.28%。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心部件之一就是膨脹機(jī)，它的效率直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。88.28%的等熵效率，在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平。

但更讓鮮探在意的，不是這個(gè)數(shù)字本身，而是實(shí)驗(yàn)的“全面性”。本研究揭示了系統(tǒng)啟動(dòng)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、停機(jī)等全流程的功率與轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性，精準(zhǔn)刻畫了膨脹機(jī)各級(jí)進(jìn)出口溫度/壓力變化、換熱器壓力損失及恒壓儲(chǔ)罐內(nèi)溫度/壓力變化規(guī)律，填補(bǔ)了兆瓦級(jí)恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)釋能全工況動(dòng)態(tài)特性研究空白。

不是只測(cè)了一個(gè)“最佳工況”下的效率，而是把系統(tǒng)從啟動(dòng)到運(yùn)行到停機(jī)的全過程都摸透了。這套實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)和規(guī)模化應(yīng)用提供了實(shí)證基礎(chǔ)。

鮮探注意到，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證的快速調(diào)節(jié)能力，可有效支撐電網(wǎng)柔性調(diào)峰需求，對(duì)推動(dòng)我國(guó)海上風(fēng)電等沿海可再生能源規(guī)模化并網(wǎng)消納、構(gòu)建沿海新型電力系統(tǒng)具有重要意義。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、長(zhǎng)時(shí)規(guī)模儲(chǔ)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)基金等項(xiàng)目資助。

03 非鋰儲(chǔ)能的“春天”：多元化技術(shù)路線加速成熟

恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能的突破，放在整個(gè)儲(chǔ)能行業(yè)的大背景下看，意義更清晰。

今年，鋰電之外，各類新型儲(chǔ)能技術(shù)表現(xiàn)亮眼。鈉電備受頭部鋰電企業(yè)推崇，在碳酸鋰價(jià)格反彈之后更受關(guān)注；液流電池作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的代表，繼2025年底全球最大的三峽能源新疆吉木薩爾200MW/1GWh投產(chǎn)運(yùn)行之后，今年又有數(shù)GWh全釩液流獨(dú)立儲(chǔ)能項(xiàng)目開工。

壓縮空氣儲(chǔ)能，則依靠大容量調(diào)峰優(yōu)勢(shì)，成為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的重要參與者。目前國(guó)內(nèi)備案或在建的項(xiàng)目估計(jì)幾十GWh，其中內(nèi)蒙古烏蘭察布1.05GW/6.3GWh壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，頗為扎眼。

各類新型儲(chǔ)能技術(shù)，優(yōu)勢(shì)各異，互補(bǔ)發(fā)展。鈉電在安全性和低溫性能方面相對(duì)鋰電具有明顯優(yōu)勢(shì)；全釩液流電池“本征安全”，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年+；飛輪儲(chǔ)能具有高功率密度、毫秒級(jí)響應(yīng)及超長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)勢(shì)；壓縮空氣儲(chǔ)能具有成本低、效率高、容量大的特點(diǎn)。

沒有完美的技術(shù)，只有合適的技術(shù)。而儲(chǔ)能場(chǎng)景的多元化，正在為這些技術(shù)提供“各顯神通”的舞臺(tái)。

04 從實(shí)驗(yàn)室到海洋：恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能的產(chǎn)業(yè)化前景

這項(xiàng)技術(shù)的突破，不是“紙上談兵”。

研究提出的控制策略與部件級(jí)性能指標(biāo)，為該技術(shù)的工程設(shè)計(jì)、優(yōu)化與規(guī)模化應(yīng)用提供了重要參考。這意味著，下一步就是“真刀真槍”的海上示范項(xiàng)目。

對(duì)于海上風(fēng)電而言，恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能的意義尤為突出。海上風(fēng)電具有反調(diào)峰特性——白天用電多的時(shí)候風(fēng)可能不大，晚上用電少的時(shí)候風(fēng)反而大。這種“供需錯(cuò)配”，迫切需要儲(chǔ)能來“削峰填谷”。而水下恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能，恰好可以利用海洋自身的“恒壓環(huán)境”，實(shí)現(xiàn)高效、低成本的大容量?jī)?chǔ)能。

結(jié)語(yǔ)：

儲(chǔ)能行業(yè)的下一個(gè)十年，會(huì)是什么樣子？

鮮探不知道答案，但中科院的這次實(shí)驗(yàn)，給出了一個(gè)方向：不只有鋰電池，不只有鈉電池，還有壓縮空氣。它不需要鋰，不需要鈷，不需要鎳，只需要空氣和水。在海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)的背景下，這種“就地取材”的儲(chǔ)能方式，或許正是解決“反調(diào)峰”難題的那把鑰匙。

1.39兆瓦，88.28%。兩個(gè)數(shù)字，一份成績(jī)單。但鮮探更在意的，不是數(shù)字本身，而是數(shù)字背后的意義——非鋰儲(chǔ)能這條路，走得通，而且能走得很穩(wěn)。

這不是終點(diǎn)，是起點(diǎn)。當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向海洋，從兆瓦級(jí)走向百兆瓦級(jí)，儲(chǔ)能的“工具箱”里，就又多了一件可以信賴的“兵器”。而那些敢于在“非鋰”賽道上深耕的科研人員和企業(yè)，正在為中國(guó)的能源安全，埋下一顆顆“種子”。