神奇的“能量海绵”

　　王东茂刻

　　对蓄电池储能，大家或许并不陌生。它本质上是将电能转化成化学能储存起来，电动车之所以这么便捷，它功不可没。然而，当人们需要存储大量的电能时，电池显然就不合适了，事实上，整个化学储能界都会束手无策。但是，利用物理储能的方法却可以，比如压缩空气储能。这又是怎么一回事呢？

　　大家都知道，自然界中的能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能在不同形式的能量间相互转化。电网中的电能来源于电厂燃料中的热能，在无数个用电终端被消耗。但是，这种电能是即发即用的，一旦电网电能的供给侧和需求侧不平衡，就会对电网造成冲击，典型的案例是白天和夜晚电网的峰谷用电差。压缩空气储能相当于电网的“平衡器”，可以在用电低谷时将电能储存起来，在用电高峰时再将电能释放出来，这样电网运行的尖峰和低谷就被抹平了，大大减少了电网的调度和运营成本。

　　压缩空气储能看似很神奇，其实本质上就是一种能量不断转化的过程，即电能（来自电网）——机械能（驱动压缩机做功）——空气内能（产生高压空气）——存储——空气动能（喷射高速气流）——机械能（驱动涡轮机做功）——电能（返回电网）。首先，人们利用压缩机将电能转化为空气的内能，空气的分子势能得到了极大的提高，这样电能就以高压空气的形式储存在地面压力容器或者地下岩穴之中。空气压力越高，储气容积越大，储存的电能也越大。然后，高压空气进入涡轮机械的喷嘴环，空气急剧膨胀后压力大幅降低，产生了高速气流，空气内能转化成了空气动能。随后，高速气流冲击涡轮机的叶轮，驱动叶轮高速旋转，带动发电机旋转发电。整个储能过程不消耗任何化学材料，没有化学反应发生，响应迅速，相比于蓄电池来说是一种绿色储能方式。

　　压缩空气储能不仅可以用在电网的“削峰填谷”中，还可以用在可再生能源的发电并网中。我们知道，太阳能和风能都是目前大力发展的清洁能源。然而，阳光和大风时有时无，时强时弱，受限于这种间歇性和波动性，它们无法稳定地向电网供给电能。但是高压空气如同“能量海绵”一般，能将这种波动的电能存储起来，再以稳定的电能输出。

　　有报道称，压缩空气储能有望应用到汽车领域。我们每天呼吸的空气，以后真的能成为汽车的“燃料”吗？从理论到实践，从概念到量产，应该还需要很长一段时间吧。

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