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不斷“釘釘子”，突破“一堵墻”
自壓縮空氣儲能概念提出后，世界各國一直沿用燃氣輪機發(fā)電的技術(shù)路線，直到中國科學家提出換掉核心部件，業(yè)界才看到了一條新路。但是，我國在這項技術(shù)上并無技術(shù)儲備，更談不上產(chǎn)業(yè)基礎。陳海生形容當時面臨的困難就像一堵墻。
“蒙著頭往墻上撞，撞得頭破血流也沒用。要想取得突破，必須把有限的時間、有限的資源放到有限的目標上，加大攻關強度，就像在墻上釘釘子?！彼f。
2010年，陳海生帶領一支新成立的小團隊，設立了一個“釘釘子”時間表：用3年時間完成1.5兆瓦示范項目，用4年建成10兆瓦示范項目，用5年建成100兆瓦示范項目。
2013年建成的1.5兆瓦先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)。
首先要攻克的是核心部件壓縮機、膨脹機的內(nèi)部流動與傳熱機理相關的難題。
工程熱物理所儲能研發(fā)中心（以下簡稱“儲能研發(fā)中心”）副主任李文介紹，先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)的空氣膨脹機負荷高，膨脹比達常規(guī)燃氣膨脹機2倍以上，且流量大、轉(zhuǎn)速高，不僅要在高壓、高負荷、高轉(zhuǎn)速下高效率運轉(zhuǎn)，還要解決與其他葉輪機械之間的相互耦合問題。為此，團隊建設了一系列實驗平臺，并結(jié)合計算機模擬，反復測試、優(yōu)化改進。
蓄熱蓄冷技術(shù)是決定技術(shù)成敗的一大關鍵點。
傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)需要補燃，消耗大量天然氣，工程熱物理所儲能團隊經(jīng)過努力，用先進的蓄熱蓄冷技術(shù)彌補了這一不足。并且，他們用的蓄熱蓄冷介質(zhì)是成本最低的水。
“這是一個全世界都沒有出現(xiàn)過的方案。”工程熱物理所研究員王亮說。
要“啃下”這樣的硬科技，必須具備足夠的硬實力。從1.5兆瓦到10兆瓦再到100兆瓦，每一次規(guī)模放大，都不是簡單的技術(shù)疊加，而是從原理到關鍵部件的重新研發(fā)設計。
就這樣，隨著一個“釘子”接著一個“釘子”被楔入，在堵路的“墻面”連點成線、連線成面，“厚墻”終于被突破了。
2016年建成的貴州畢節(jié)10兆瓦壓縮空氣儲能示范項目儲氣罐。
2021年，國際首套百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目在河北省張家口順利并網(wǎng)，發(fā)電效率達到70.4%，每年可發(fā)電1.32億度以上，節(jié)約標準煤4.2萬噸，減少二氧化碳排放10.9萬噸。
回看當年制定的時間表，大家感慨，竟然真的沿著這條路一步一個腳印走了下來。不過，這條路還遠沒有走到終點。
通過進一步技術(shù)創(chuàng)新，山東肥城300兆瓦示范電站設計效率達到72.1%，與儲能技術(shù)的“老大哥”——抽水蓄能相當。該電站年發(fā)電量約6億度，在用電高峰可為約20萬至30萬戶居民提供電力保障，每年可節(jié)約標準煤約18.9萬噸，減少二氧化碳排放約49萬噸。未來，這將是更適合我國發(fā)電行業(yè)的主流技術(shù)路線。
“成本必須降下來，要大規(guī)模推廣，無論如何都得降?！标惡Ｉf，從投入研發(fā)的第一天起，他們的目標就是讓這一技術(shù)真正在中國落地，造福于民。
總是“第一個吃螃蟹”
第一個試驗臺、第一個示范項目、第一個并網(wǎng)發(fā)電……一路走來，工程熱物理所都在做中國壓縮空氣儲能“第一個吃螃蟹的人”。
王亮至今記得，搭建第一個15千瓦試驗臺時，由于沒有合適的場地，他們在兩棟樓之間的夾道里搭了個頂棚、裝了扇門就成了實驗室。因為里面有一棵很粗的樹，安裝試驗臺時大家繞來轉(zhuǎn)去，很不方便。
做技術(shù)攻關，試驗臺是必需品，但對一支剛起步的團隊來說，這是“奢侈品”。由于投入巨大，2012年建設1.5兆瓦中試平臺時，經(jīng)費非常緊張，必須集中所有可以用到的資源。
除了經(jīng)費緊張，沒有經(jīng)驗可循也是這些年輕人面對的一道坎。
“當時幾名剛畢業(yè)的博士帶著幾名沒畢業(yè)的博士生，經(jīng)常在現(xiàn)場一待就是一個月。”李文表示，那是大家第一次努力把科學思想變成設計圖紙，再把設計圖紙變成儀器設備。由于國內(nèi)外都沒有可參考的先例，每走一步都要靠自己摸索。
李文從那段在摸索中前進、在摸索中成長的歷程中得到的啟示是：“技術(shù)開發(fā)沒有任何捷徑可走，必須一步一個腳印。但事實證明只要肯摸索，就能解決問題?！?/p>
按照“研發(fā)一代、示范一代、應用一代”的發(fā)展策略，工程熱物理所的壓縮空氣儲能技術(shù)持續(xù)發(fā)展，在上一代技術(shù)示范應用的過程中，下一代技術(shù)已經(jīng)馬不停蹄開始研發(fā)。這些年來，大家跟著項目跑遍了祖國的大江南北。2023年團隊開年終總結(jié)會時發(fā)現(xiàn)，半數(shù)以上職工出差天數(shù)超過100天，有的甚至超過300天。
他們長年“逐風而居”，到處“餐風飲露”。以國家級可再生能源示范區(qū)張家口為例，這里擁有豐富的風能、太陽能，但正因風大，零下20多攝氏度的冬天體感溫度能達到零下40攝氏度，團隊成員穿著兩層羽絨服在室外幾分鐘就感覺被凍透了。
張家口百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目首次采用人工硐室，也就是人工開發(fā)的地下儲氣洞穴。由于這是首創(chuàng)的技術(shù)路線，施工過程中遇到許多前所未有的難題，大家笑稱“總是‘吃螃蟹’也有點受不了”。
2021年12月31日，項目終于成功并網(wǎng)的那一刻，在場的團隊成員情不自禁地歡呼起來。大家激動地合影留念，一致推舉現(xiàn)場唯一的女性——測試工程師付文秀站在C位。
這位1歲多孩子的媽媽彼時已在現(xiàn)場堅持工作了103天。她說：“壓力雖然很大，但成功后獲得的幸福感是別人不能體會的?！?/p>
張家口百兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范項目蓄冷蓄熱罐。工程熱物理所供圖
意料之外，情理之中
對于壓縮空氣儲能的今天，很多人表示“沒有想到”。
一些老先生曾善意地提醒陳海生：“進去4度電，出來3度電，你好好考慮，這個研究方向?qū)Σ粚?。?/p>
一位國內(nèi)同行感慨道：“以前我們都不看好，因為技術(shù)上太難了，沒想到真干成了?！?/p>
儲能研發(fā)中心主任徐玉杰回憶團隊起步時表示，國內(nèi)當時連試驗臺都沒有，只能從基礎理論研究開始，誰也想不到這項技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)處于國際領先水平。
而在已經(jīng)擔任工程熱物理所所長的陳海生看來，先進壓縮空氣儲能技術(shù)在中國科學院誕生、發(fā)展，絕非偶然。
他說：“第一，中國科學院鼓勵創(chuàng)新，支持科學家開展前瞻性、需要長期探索的技術(shù)研究?！?/p>
2009年回國后，工程熱物理所支持組建儲能實驗室，開展當時尚有爭議的儲能研究，32歲的陳海生成為實驗室主任。時任所長秦偉帶著他專程去當時的中國科學院高技術(shù)研究與發(fā)展局匯報研究方向，得到認可與肯定。后來，中國科學院又提供了寶貴的“第一桶金”，使團隊得以從“零”開始技術(shù)研究。
“第二，中國科學院有鼓勵科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)，能夠支持一項技術(shù)從研發(fā)走到示范應用。”陳海生說。
實驗室創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化的歷程常被稱為“死亡之谷”，失敗率極高。工程熱物理所在產(chǎn)業(yè)化過程中也走過不少彎路，但他們堅持以我為主開展工程示范，在中國科學院和國家相關政策支持下，多個項目成功實現(xiàn)示范應用。
“第三，中國科學院能夠形成大團隊，開展大兵團作戰(zhàn)。”陳海生介紹，壓縮空氣儲能是一個多學科交叉的系統(tǒng)工程，需要搭建大平臺，提供長時間、大強度的穩(wěn)定支持。
“攻克這樣的硬科技難題，必須有建制化團隊?！毙煊窠苷f，“即使把壓縮機、膨脹機、儲熱換熱器這三大關鍵技術(shù)分開攻關，每一項單獨技術(shù)也需要一個大團隊來突破?！?/p>
儲能研發(fā)中心現(xiàn)有職工和學生200余人。隨著國家“雙碳”目標的提出，儲能產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展機遇，儲能人才成為就業(yè)市場的“香餑餑”。但團隊成立至今，核心成員一個都沒離開。
王亮表示，在團隊里干活踏實，可以專心做一件事，未來充滿希望。“有這么一個平臺能讓我堅持深入干一件事，實現(xiàn)自己的理想，很幸福。”
電影《中國合伙人》中有一句經(jīng)典臺詞：“夢想是什么？夢想就是一種讓你感到堅持就是幸福的東西?！睂τ趦δ苎邪l(fā)中心的科研人員而言，讓清潔能源走進千家萬戶的夢想，召喚著他們在先進壓縮空氣儲能關鍵技術(shù)的攻關之路上披荊斬棘。如今，這條路越走越寬，他們還將繼續(xù)前行，去追尋更大的幸福。（記者陳歡歡）
責任編輯：賀治瑞
