中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：液態(tài)空氣儲(chǔ)能（LAES）技術(shù)具備長達(dá)30~40年的設(shè)計(jì)壽命，且性能衰減極小，使用空氣和鋼鐵作為主要材料。另外，該技術(shù)不受特定地理?xiàng)l件的限制，可以靈活選址部署，克服了壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的局限性，是支持高比例可再生能源并網(wǎng)和構(gòu)建新型能源體系具有良好應(yīng)用前景的技術(shù)之一。我國青海省60 MW/600 MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能國家級(jí)首臺(tái)套示范項(xiàng)目基建及設(shè)備安裝已完成，進(jìn)入調(diào)試階段，作為全球在建規(guī)模最大的液態(tài)空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目，計(jì)劃于近期并網(wǎng)發(fā)電。本文梳理了當(dāng)前全球液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，為我國發(fā)展提出啟示與建議。
01
液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)路線與研發(fā)動(dòng)態(tài)
液態(tài)空氣儲(chǔ)能是一種新興的長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，通過將空氣冷卻至液態(tài)并在需要時(shí)釋放能量，具有廣泛的應(yīng)用前景和技術(shù)優(yōu)勢。液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的核心在于利用電力過剩時(shí)將空氣冷卻至極低溫度，形成液態(tài)空氣并加以存儲(chǔ)。當(dāng)電力需求增加時(shí)，液態(tài)空氣被加熱并氣化，體積膨脹約700倍，產(chǎn)生的高壓氣體可驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。這一過程不僅能有效儲(chǔ)存能量，還在削峰填谷、調(diào)頻調(diào)峰、平滑可再生能源輸出等方面具有重要潛力，預(yù)計(jì)將成為支撐低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)。而且，其超低溫特性不僅適用于能源儲(chǔ)存，還可用于耦合其他工業(yè)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。液態(tài)空氣儲(chǔ)能三種技術(shù)路線的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。
液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)目前還存在熱力學(xué)損失、經(jīng)濟(jì)性差、耦合和集成設(shè)計(jì)等核心問題，2025年的主要研究進(jìn)展如下。
1、熱力學(xué)與經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化
研究人員對(duì)獨(dú)立液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)或多種集成系統(tǒng)進(jìn)行基礎(chǔ)熱力學(xué)建模、組件優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，提高了系統(tǒng)往返效率并降低儲(chǔ)能成本。4月，丹麥技術(shù)大學(xué)對(duì)不同儲(chǔ)料填充床冷熱儲(chǔ)能的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性分析，估算所需儲(chǔ)罐成本，并確定系統(tǒng)運(yùn)行的最佳充放電壓力。對(duì)于輸入功率為100 MW、恒定容量的冷熱儲(chǔ)能的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，最佳充注壓力為18.5 MPa，放電壓力為10 MPa，系統(tǒng)最大往返效率和液態(tài)空氣產(chǎn)量分別為50.2%和69.3%。同月，沙特阿拉伯伊斯蘭大學(xué)將多種復(fù)雜的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)、超臨界CO2再壓縮循環(huán)等與壓縮空氣儲(chǔ)能集成，并通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）、NSGA-II方法和TOPSIS決策，實(shí)現(xiàn)了人工智能驅(qū)動(dòng)的多目標(biāo)優(yōu)化過程，包括系統(tǒng)放能往返效率（ERTE）、凈現(xiàn)值（NPV）和產(chǎn)品比成本（CPr,tot）等。
2、跨系統(tǒng)多能/多產(chǎn)品集成與冷/熱能梯級(jí)利用
國內(nèi)外多項(xiàng)研究將液態(tài)空氣儲(chǔ)能與其他儲(chǔ)能技術(shù)、外部工業(yè)廢熱/廢冷或多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)耦合，利用能源的梯級(jí)轉(zhuǎn)化，可提供多種能源產(chǎn)品，大幅提升綜合能源利用效率。3月，加拿大圣約翰紀(jì)念大學(xué)提出了一種集成液化天然氣（LNG）汽化裝置、固體氧化物燃料電池工藝、鎂氯熱化裝置和Kalina熱電循環(huán)的混合液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過廢熱回收同時(shí)產(chǎn)生電力和氫氣。該混合工藝往返效率為67.98%，?效率為65.25%，并能將CO2排放量減少62.81%。4月，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所提出了一種集成了液態(tài)空氣儲(chǔ)能和抽水熱儲(chǔ)能（PTES）的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過兩者相變冷能的相互輔助，實(shí)現(xiàn)了56.57%的系統(tǒng)往返效率和167.53 kWh/m3的儲(chǔ)能密度。該系統(tǒng)投資回收期為7年，30年凈現(xiàn)值為1.872億美元，LCOE為0.122美元/kWh。8月，華北電力大學(xué)提出了一種新型多代空氣分離裝置（ASU）與液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過工藝優(yōu)化，使得液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的往返效率達(dá)到57.09%，同時(shí)空分產(chǎn)品的綜合耗電量為0.268 kWh/Nm3，與現(xiàn)有ASU相比下降了51.25%。該系統(tǒng)的平準(zhǔn)化電力成本（LCOE）低至0.070美元/kWh，投資回收期短至3.9年。12月，浙江理工大學(xué)提出了一種與糧食干燥相結(jié)合的制冷、供熱、電力（CCHP）多聯(lián)產(chǎn)液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（LAES-CCHP），系統(tǒng)最佳充電壓力和放電壓力分別為9.0 MPa和6.0 MPa。在冷凝增強(qiáng)干燥模式下，綜合能源利用效率達(dá)到114.33%，靜態(tài)投資回收期為5.12年。
3、可再生能源輔助與高性能熱力循環(huán)優(yōu)化
研究人員引入太陽能等可再生能源作為液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的輔助熱源，并對(duì)熱力循環(huán)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而打破傳統(tǒng)效率瓶頸，實(shí)現(xiàn)極高的等效往返效率。3月，華北電力大學(xué)對(duì)太陽能輔助的液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，特別是結(jié)合等溫壓縮（SA-ILAES）和有機(jī)朗肯循環(huán)（SA-ILAES-ORC）。結(jié)果表明，SA-ILAES和SA-ILAES-ORC系統(tǒng)的等效往返效率分別達(dá)到160.71%和193.62%，LCOE低至0.08861美元/kWh和0.08915美元/kWh，投資回收期分別為9.06年和9.75年，具有廣闊的商業(yè)前景。9月，卡塔爾環(huán)境與能源研究所提出由太陽能光伏組件供電，集成液態(tài)空氣儲(chǔ)能和電解氫儲(chǔ)能的混合站，并利用熱回收循環(huán)（TFC）進(jìn)行額外發(fā)電，系統(tǒng)整體效率為55.5%，其中液態(tài)空氣儲(chǔ)能效率為57.1%，TFC效率為11.6%，旨在滿足汽車充電和加氫的綜合能源需求。
02
全球液態(tài)空氣儲(chǔ)能電站建設(shè)進(jìn)展
1、英國企業(yè)技術(shù)領(lǐng)跑，推動(dòng)液態(tài)空氣儲(chǔ)能走向商業(yè)化
海外液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的典型示范項(xiàng)目如表2所示，英國占據(jù)全球領(lǐng)導(dǎo)地位。英國Highview Power公司是全球液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的開拓者，擁有該領(lǐng)域的核心專利技術(shù)。該公司于2018年在英國曼徹斯特投運(yùn)了全球首個(gè)電網(wǎng)級(jí)的液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，功率5 MW，容量15 MWh，首次在實(shí)際電網(wǎng)環(huán)境中證明了液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的可行性，驗(yàn)證了其并網(wǎng)運(yùn)行和提供電網(wǎng)平衡服務(wù)的能力，是液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)從理論走向商業(yè)化的關(guān)鍵一步。該公司于2024年獲得了3億英鎊投資，在英國卡靈頓建設(shè)商業(yè)化大型項(xiàng)目，規(guī)劃功率為50 MW、容量為300 MWh，預(yù)計(jì)2026年投入運(yùn)營。同時(shí)Highview Power也向全球授權(quán)和推廣液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)，包括在日本、西班牙和美國等地開發(fā)項(xiàng)目。其中日本住友重工是Highview公司的主要投資者與技術(shù)合作伙伴，利用Highview的模塊化液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)在日本廣島建設(shè)了一座功率5 MW、容量20 MWh的商業(yè)化電站，并于2025年12月成功投運(yùn)。從技術(shù)原創(chuàng)性、商業(yè)成熟度和全球市場拓展來看，英國均處于主導(dǎo)地位。
2、我國技術(shù)發(fā)展迅速，示范項(xiàng)目規(guī)模全球領(lǐng)先
我國液態(tài)空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域雖然起步稍晚，但發(fā)展速度極快，已經(jīng)從技術(shù)研發(fā)邁向了大規(guī)模示范應(yīng)用階段。該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)主要由中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所等科研機(jī)構(gòu)引領(lǐng)，在液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、集成、關(guān)鍵部件等方面已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，并擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
青海省格爾木“60 MW/600 MWh液態(tài)空氣儲(chǔ)能國家級(jí)首臺(tái)套示范項(xiàng)目”由中國綠發(fā)投資集團(tuán)有限公司和中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所聯(lián)合攻關(guān)，蓄冷效率（95%）、電-電轉(zhuǎn)換效率（55%）等多項(xiàng)核心指標(biāo)世界領(lǐng)先，設(shè)備自主化率達(dá)100%，是世界液態(tài)空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域儲(chǔ)能功率最高、儲(chǔ)能容量最大的項(xiàng)目，單日儲(chǔ)能可連續(xù)向電網(wǎng)輸送60萬度清潔電能，年發(fā)電量約為1.8億度，可滿足約3萬戶居民一年的用電需求。與英國Highview Power公司正在建設(shè)的商業(yè)電站（50 MW/300 MWh）相比，青海項(xiàng)目在儲(chǔ)能時(shí)長（10小時(shí)）和總?cè)萘浚?00 MWh）上更具優(yōu)勢。該項(xiàng)目作為國家能源局的首批新型儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，驗(yàn)證了我國自主液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的可行性。
03
啟示與建議
1、發(fā)掘潛力方向，突破熱力學(xué)與耦合效率瓶頸
未來研發(fā)工作應(yīng)重點(diǎn)聚焦于超臨界液態(tài)空氣儲(chǔ)能等高能量密度和高效率的未來技術(shù)路線。同時(shí)，深化跨系統(tǒng)多能/多產(chǎn)品集成與冷/熱能梯級(jí)利用研究。將液態(tài)空氣儲(chǔ)能與具備廢冷源的工業(yè)系統(tǒng)深度耦合，利用外部冷能或廢熱，將液態(tài)空氣儲(chǔ)能效率提升至70%甚至更高水平。通過差異化研發(fā)，將液態(tài)空氣儲(chǔ)能從單一儲(chǔ)能技術(shù)升級(jí)為提供冷、熱、電多種能源產(chǎn)品的綜合能源系統(tǒng)。
2、因地制宜，培育多能聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)
通過在西北沙戈荒等新能源基地布局長時(shí)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，培育“儲(chǔ)能+工業(yè)冷能利用”、“儲(chǔ)能+綠氫”等耦合場景，挖掘冷能回收的附加價(jià)值。牽頭成立液態(tài)空氣儲(chǔ)能多能聯(lián)產(chǎn)技術(shù)聯(lián)盟，將液態(tài)空氣儲(chǔ)能升級(jí)為“冷、熱、電”三聯(lián)產(chǎn)的綜合能源解決方案，率先在對(duì)電力和工業(yè)冷量需求高的東部負(fù)荷中心培育獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。依托企業(yè)構(gòu)建設(shè)備制造、氣體生產(chǎn)到終端應(yīng)用的閉環(huán)，建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與測試體系，通過規(guī)?；慨a(chǎn)與數(shù)字化運(yùn)維降低綜合成本，構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。
3、加速自主技術(shù)產(chǎn)業(yè)化與標(biāo)準(zhǔn)輸出，提升國際競爭力
依托青海省示范項(xiàng)目的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，加速推進(jìn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化，建立和完善液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系。同時(shí)積極推進(jìn)我國的產(chǎn)品與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向國際輸出，通過工程承包或技術(shù)授權(quán)等方式與其他國家合作共建示范項(xiàng)目，將自主液態(tài)空氣儲(chǔ)能方案推向國際市場，建立我國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的海外應(yīng)用標(biāo)桿，并鼓勵(lì)我國機(jī)構(gòu)主導(dǎo)國際液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。
