近日，石家庄铁道大学折晓会教授（第一作者）、王晨博士（通讯作者）、以及伯明翰大学丁玉龙院士等在Renewable and Sustainable Energy Reviews上发表了题为Liquid air energy storage – a critical review的综述性文章。
文章导读：
在“双碳”目标的大背景下，可再生能源的迅猛发展使得发电波动性大幅增加。这种波动性给电网的安全性以及电力消纳能力带来了严峻挑战，而储能技术则被视作解决该问题的关键手段。液态空气储能（LAES）系统以其不受地质条件约束、使用寿命长、能量密度高、环保且布局灵活等优势，成为新型储能技术中的重要发展方向，备受关注。
LAES的发展历史可以追溯到首台液态空气发动机（1899年）和首次将液态空气用于电网调峰（1977年）。此后，英国、中国和日本在该领域取得了实质进展，有力地推动了技术进步。然而，关于LAES应用的讨论此前较为有限，主要集中在耦合配置上，忽视了解耦方案。本研究对LAES进行了全面回顾，探索了多个维度：1) LAES功能，如电网削峰填谷、频率调节、黑启动和清洁燃料；2) LAES分类，包括耦合系统（含独立和集成）和解耦系统（陆上/海上能源传输和液态空气汽车）；3) 解耦LAES面临的挑战，特别是液态空气生产的效率问题以及与高品位冷能回收相关的低循环效率；4) 强调了冷/热能回收在独立LAES中提高系统热力学性能和经济性（循环效率约为50%-60%，回收期约为20年）中的重要性，以及通过整合额外的冷、热源以进一步提升集成LAES性能（循环效率约为50%-90%，回收期约为3-10年）的潜力。本文旨在为人们提供对 LAES 的全面理解与认识，分析并指出不同LAES配置中存在的挑战，进而推动LAES技术的蓬勃发展。
图1. 主流储能技术的循环电效率与平准化成本比较
图4 LAES的基本原理
图5 研究结构图
图6 LAES电站的发展时间线
液态空气/氮气作为储能介质的使用可以追溯到19世纪，但首次将这种储能方式用于电网削峰填谷是由英国纽卡斯尔大学于1977年提出的。这一想法引发了日本三菱重工和日立的后续研究。
然而，LAES技术取得实质性进展是在2005年：由利兹大学和Highview Enterprises Ltd（现更名为Highview Power）开展合作研究，促成了世界上首台LAES示范工厂（350 kW/2.5 MWh）的设计、建造和试验（2009~2012年）。2013年，该示范工厂被捐赠给伯明翰大学用于进一步的科学研究。随后，Highview Power公司于2018年在英国曼彻斯特建造了一个5 MW/15 MWh的预商业化LAES电站。2019年，Highview Power公司宣布在英格兰北部一座退役的热电站址上建造英国首个商业LAES电站（50 MW/250 MWh，后修改为50 MW/300 MWh），该项目预计于2026年完工。最近，Highview Power还宣布在苏格兰建设一座200 MW/2.5 GWh的超大规模LAES电站。日本住友重机械工业株式会社由此投资了Highview Power公司，并决定在广岛液化天然气站旁建造一座集成型LAES示范工厂。
图9 英国Highview Power公司的5 MW规模LAES发电厂示意图
图13 集成型LAES系统配置的选择
与此同时，中国在LAES技术发展方面也取得了重要进展。2018年，国家电网全球能源研究院在江苏省同里镇启动了500 kW/500 kWh的LAES示范研究项目。2023年7月，由中国绿发投资集团有限公司投资的中国最大规模的LAES电站（60 MW/600 MWh）在青海省格尔木开工建设，以支持可再生能源的并网消纳。2024年9月30日，河北建设投资集团有限公司与石家庄铁道大学联合开发的LAES电站（1 MW/2 MWh）在河北省石家庄市建成并调试成功，以期为城市区域同时提供电力和供暖服务。
这些项目是全球LAES技术发展的重要里程碑，反映出其在工业应用中的光明前景。然而，由于大多数LAES项目集中在英国和中国，未来能推动全球LAES技术进步的新机遇出现至关重要。
原文链接：
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主要作者简介：
折晓会（第一作者），石家庄铁道大学机械工程学院教授，2023/2024年全球前2%顶尖科学家，河北省百人计划省级特聘专家，河北省科协会士，国家能源多模式工业储能技术研发中心学术委员会委员，河北省储能产业技术研究院秘书长。主要从事大规模新能源存储技术，包括液态空气储能、氨-氢转换、相变储能等方面的研究。
Email: shexh19@hotmail.com
王慧茹，石家庄铁道大学机械工程学院博士生，主要从事液态空气储能关键设备的设计、模拟和优化等方面的研究。
Email: huiruwang68@gmail.com
张童童，英国伯明翰大学化学工程学院伯明翰能源存储中心的助理教授。主要从事热能转换、存储和利用、热机械能存储(液态空气能量存储和压缩空气能量存储)、工业脱碳以及过程/系统集成、优化和模拟等研究。
Email: t.zhang.7@bham.ac.uk
李永亮，英国伯明翰大学化学工程学院教授，伯明翰储能研究中心主任。主要从事热能过程和系统等研究，包括热能(热和冷)储存、制冷和空调、碳捕获和储存、过程和系统模拟和优化。其研究获得了EPSRC和英国文化协会以及空气产品公司、SGRI和CSR等主要工业公司的大额资助。
Email: y.li.1@bham.ac.uk
赵学敏，石家庄铁道大学机械工程学院讲师。主要从事储能材料的规模化制备与表征、储热/冷的传热特性等研究。
Email: xmzhao@stdu.edu.cn
王晨（通讯作者），石家庄铁道大学机械工程学院副教授，河北省教育厅青年拔尖人才，主要从事铁路冷链、大规模储能、传热传质等方面的研究。
Email: wangchen4178@163.com
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