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在“碳达峰、碳中和”的浪潮中,风电、太阳能等新能源正成为主导力量,在实现能源转型的同时,也深刻颠覆了电力系统稳定特性和运行模式。为应对新能源随机性、波动性、安全支撑弱等特性带来的挑战,新型储能成为促进新能源更大规模发展、夯实新型电力系统安全底座的重要基础设施。

为满足电力系统对长时大容量、高安全性及绿色环保储能技术的需求,清华大学梅生伟教授带领的团队经过15年孜孜不倦的探索与攻坚,率先提出了非补燃压缩空气储能技术路线,并实现了产业化工程实践零突破,推动了压缩空气储能产业形成与壮大。

而依托该团队核心技术成长的佑赛科技,打造了非补燃压缩空气储能产业化的清华创业“天团”,成为国内唯一拥有核心工艺包,具备百万千瓦级别压缩空气储能电站设计-集成-建设能力的领军企业。

技术革新,保持领先的核心动能

储能技术是新型电力系统的重要支撑,它不仅能够解决新能源并网带来的电力失衡问题,还能显著提升电力系统的稳定性。在众多储能技术中,压缩空气储能技术因其高效稳定、容量大、环境友好等优势成为支撑高比例新能源接入新型电力系统最有效的储能方式之一。而压缩空气储能技术涉及到复杂的热力、电气和机械过程,涵盖空气压缩、高效换热、多介质储热、高压储气及透平发电等多个学科领域,需要协同温度、压力、流量等多种参数的控制,技术挑战巨大。

2011年,通过对当时国内外天然气补燃式、液态空气和超临界三种压缩空气储能技术的综合分析,卢强院士、梅生伟教授首次提出了基于压缩热回馈的非补燃式压缩空气储能技术路线。此后,梅生伟教授带领电-热-气-机-地多学科交叉团队持续10余年攻关,研发了宽工况高效压缩、耐高压低热阻蓄换热、大容量低成本储气及宽滑压空气透平发电等关键技术。主持研制非稳态压缩机、低㶲损换热器、多元储气库和宽工况空气透平等核心装备。创建大容量压缩空气储能系统安全控制及储网协同控制方法,研发压缩空气储能电站控制系统,形成了具有自主知识产权的完备技术体系。

在梅生伟教授的带领下,团队在产学研转化方面先后创造了多个“世界第一”:2014年,团队在安徽芜湖建立全球首个非补燃压缩空气储能工业电站;2022年,建成全球首个商业化运行的非补燃压缩空气储能电站——国家储能示范工程“江苏金坛60MW/300MWh盐穴压缩空气储能电站”,电-电效率62.38%,国际领先,累计充/放电1300余次,位列并网压缩空气储能电站第一,为压缩空气储能技术的广泛应用开辟了新纪元;2025年,团队建成全球首个高寒地区人工硐室型宽滑压压缩空气储能电站,同时启动了全球首个百万千瓦级别压缩空气储能电站的设计与建设。截止目前,梅生伟教授作为首席科学家支撑建成压缩空气储能电站9座,在建12座,可增加调节能力5200MW/25700MWh。

江苏金坛60MW/300MWh盐穴压缩空气储能电站

梅生伟教授主要因上述贡献荣获2022年首届高景德科技成就奖(全国仅2人)、中国电工技术学会技术发明特等奖(学会创会42年来首个特等奖)及2023年何梁何利科学与技术创新奖(区域创新奖),并应邀在何梁何利高峰论坛作压缩空气储能主旨报告。相关成果还入选了中宣部、发改委“奋进新时代”主题成就展,中国科协“科创中国”先导技术榜优秀成果。

创新永无止境。目前,梅生伟教授带领团队正在研究大规模柔性压缩空气储能技术,挖掘压缩空气储能在矿井、水下等新型应用场景的灵活储气方式,提出抽蓄耦合压储、火电耦合压储、水下柔性压储等新一代压缩空气储能技术,大幅提升压缩空气储能电站选址、运行及配置的灵活性,加快推动压缩空气储能的规模化和产业化进程。同时,创新性地提出安全高效的大规模地质储氢技术,发明了储氢洞室优化设计和安全评价及调控技术,初步形成具有自主知识产权的地质储氢技术体系。目前,他作为中盐盐穴公司首席科学家和国家重点研发计划项目负责人,正在领导建设世界首座基于对偶盐穴的超大容量恒压储氢库。他的上述工作有力支撑了我国大规模储能产业的高质量发展。

国家重点研发计划—大规模盐穴储氢主体工程开工仪式

十年磨剑,厚积薄发的产业龙头

科技创新最终需要通过产业化落地来检验其市场价值。在梅生伟教授带领科研团队完成从0-1的原始技术突破的同时,2011年即安排其学生陈任峰博士创立了安徽佑赛科技有限公司,开启了产学研合作的新征程,联合清华大学等单位承担多个压缩空气储能示范项目,并出资5000万元成立清华大学(电机系)-安徽佑赛科技有限公司柔性压缩空气储能联合研究中心。目前,佑赛科技已拥有压缩空气储能成套解决方案研发能力和百万千瓦级压缩空气储能电站的设计与建设实力,是国家级专精特新“小巨人”企业,成为压缩空气储能行业的佼佼者。

(1)深耕重点市场,实现1-10的发展

2023年,内蒙古第一批新型独立储能示范,佑赛科技总计获得46万千瓦/184万千瓦时的压缩空气储能建设指标,占同批次新型储能示范项目的15%。2024年,在内蒙古大型储能示范中,总计获得210万千瓦/1050万千瓦时建设指标(卓资项目和西乌项目),在同批次电网侧独立储能中占比30%,总投资超过150亿元。卓资项目和西乌项目均于今年6月30日前全部开工,是全球仅有的两座开工建设的百万千瓦级压缩空气储能电站。

(2)全国布局,实现10-100的拓展

2025年佑赛科技全面服务各省(区)新型电力系统发展,根据地质、接入系统以及市场环境等条件实现精准开发,目前已在内蒙古、新疆、四川、青海、河南等地成功申报六个压缩空气储能项目,总装机容量达300万千瓦。

(3)持续推动技术革新和成本下降

接下来,梅生伟教授带领的压缩空气储能产学研团队将继续依托先发优势,在以下几方面重点推进:一是加强工艺迭代,快速加大压缩空气储能在电网侧独立储能的渗透率;二是推动新能源大基地配置压缩空气储能,发挥压缩空气储能转动惯量、调相功能特性,有效实现同步机组功能替代,打造全清洁能源大基地典型示范;三是积极推进压储-火电耦合、压储-抽蓄耦合、水下恒压压储等新技术、新工艺。四是通过技术革新和产业链融合,三年内实现成本下降30%。通过以上四方面的努力,力争2030年前建成100座压缩空气储能电站。

梅生伟教授带领的团队抢抓能源转型战略机遇,凭借技术创新与产业化实践,成功推动压缩空气储能技术从实验室走向市场,打造出新能源领域极具潜力的“蓝海赛道”,为我国能源结构优化升级贡献了重要力量。

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