三月，是生命的绽放，也是一场最美的遇见。

3月20日春分，北京制冷学会想和大家一起聊聊如何将身边的空气变成宝贵资源？——液态空气储能(Liquid Air Energy Storage)，利用空气“压缩-膨胀”过程，完成“电能-热能”与“压力能-电能”的转换，进而实现谷电峰用。

随着可再生能源如风能、光能等的崛起，我们迎来了一个全新的能源时代。但是，这些可再生能源产生的电量却并不稳定，时多时少、或有或无，令我们头疼不已，往往会导致大规模的弃能问题。那么，我们怎样才能解决这个问题呢？答案就是——储能技术！储能技术就像是新能源的“保险箱”，能够帮助我们解决可再生能源发电系统的波动，让电力系统更加安全、可靠。

风力发电、光伏发电（注：来自百度）

一、液态空气储能技术

作为储能技术的一种，液态空气储能(LAES)技术是在先进绝热压缩空气储能技术的基础上，增加了低温液化过程和液态空气储存装置储罐。相比于传统的压缩空气储能技术，液态空气储能技术最显著的优势在于以液态形式储存空气，其储能密度是压缩空气储能的10～15倍，可以大大减少储气系统的容积，并减少对地形条件的依赖。此外，该技术还具有投资成本合理、环境友好、以及能够与其他工业过程集成等显著优势，可谓是妥妥的实力派！

液态空气储能（注：来自百度）

二、液态空气储能技术的基本原理

1、储能过程

在用电低谷或电力富余时，消耗电能将空气净化、压缩、冷却、液化后存储至-196℃的液空储罐中，同时将该过程释放的多余热能储存于储热装置中，用于释能过程加热空气。

2、释能过程

在用电高峰时，通过将存储的液态空气释放、加压、升温汽化后，驱动汽轮机发电并网，满足用电需求。

液态空气储能技术原理图

三、液态空气储能发电系统的应用

液态空气储能发电技术的能量转换效率相对较低（40%～55%），因此需要进一步改进以适应实际应用。

1、可再生能源领域

在可再生能源领域，太阳能和液态空气储能（LAES）这对搭档简直是绝配！将太阳能系统与LAES相结合，能够提高释能过程中空气的入口温度，进而提高LAES系统的往返效率（从59%提高到80%）[1]，往返效率实际上是指能源释放与存储的比例。此外，如果将LAES与有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）和太阳能相结合，多余的压缩热用于ORC发电，太阳能用于提高发电能力，经过以上改进后，系统的电气往返效率将显著提高至110.29%[2]。

太阳能耦合LAES系统示意图（注：来自网络）

2、工业领域

在工业领域，常常也将液态空气储能（LAES）与空分装置（Air Separation Units）进行耦合，通过充分利用液化空气汽化过程产生的冷量以及将膨胀后的空气循环到空分的精馏系统中，从而使得该工艺流程的往返效率可高达72.9%[3]。此外，LAES也可以与氢气液化过程进行耦合，这样可以节省氢气液化过程中预冷循环的设备，大大缩短系统的投资回收期[4]。

3、其他场合

液态空气储能发电技术还有很多应用场景，如热力站、LNG接收站、冷库等。例如，通过将LAES系统与液化天然气（Liquefied Natural Gas, LNG）汽化工艺相结合，既避免了LNG汽化过程中冷能的浪费，又减少了储能过程的电力输入，此时LAES系统的往返效率可提高到240.7%[5]。

相信通过不断的改进和完善，液态空气储能技术将会在未来展现更为广阔的前景，让我们拭目以待吧！

参考文献

[1]Yang M, Duan L, Tong Y, et al. Study on design optimization of new liquified air energy storage (LAES) system coupled with solar energy[J]. Journal of Energy Storage, 2022, 51: 104365

[2]Li D, Duan L. Techno-economic analysis of solar aided liquid air energy storage system with a new air compression heat utilization method[J]. Energy Conversion and Management, 2023, 278: 116729.

[3]He X, Guo W, Liu Y, et al. Utmost substance recovery and utilization for integrated technology of air separation unit and liquid air energy storage and its saving benefits[J]. Renewable Energy, 2024: 120278.

[4]Yang Y, Tong L, Liu Y, et al. A novel integrated system of hydrogen liquefaction process and liquid air energy storage (LAES): energy, exergy, and economic analysis[J]. Energy Conversion and Management, 2023, 280: 116799.

[5] Lu Y, Xu J, Chen X, et al. Design and thermodynamic analysis of an advanced liquid air energy storage system coupled with LNG cold energy, ORCs and natural resources[J]. Energy, 2023, 275: 127538.

撰稿：北京制冷学会学生会员、北京科技大学能源与环境工程学院硕士研究生康迎迎

审核：北京制冷学会理事、北京科技大学教授童莉葛