而傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)也存在依賴燃燒化石燃料、效率相對偏低、依賴特定的地理條件來建造大型儲氣室等問題。從20世紀(jì)90年代開始，為解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)的瓶頸問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了新型壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)工作。我國對壓縮空氣儲能系統(tǒng)的研發(fā)雖然起步較晚，但發(fā)展很快。中科院工程熱物理所儲能研發(fā)團(tuán)隊是國內(nèi)最早進(jìn)行壓縮空氣儲能技術(shù)研究的隊伍。從2013年建成首個1500千瓦的先進(jìn)壓縮空氣儲能項目，到2016年建成首個1萬千瓦的項目，再到如今建成首個10萬千瓦的項目，中國能源研究會儲能專委會主任、中國科學(xué)院工程熱物理所研究員陳海生作為我國先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)的創(chuàng)始人，帶領(lǐng)研究團(tuán)隊實現(xiàn)了眾多突破，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)的多個難題，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出了貢獻(xiàn)。
陳海生
中國科學(xué)院工程熱物理所研究員，中國工程熱物理學(xué)會副理事長、秘書長，中國能源研究會儲能專委會主任，Journal of Thermal Science、Energy Storage、《儲能科學(xué)與技術(shù)》和《工程熱物理學(xué)報》副主編/常務(wù)副主編。曾獲“科學(xué)探索獎”、北京市科學(xué)技術(shù)獎一等獎、國家杰出青年科學(xué)基金、中國青年科技獎特別獎、 英國皇家學(xué)會牛頓高級學(xué)者獎、國家能源局軟科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎、國防科學(xué)技術(shù)獎、侯德榜化工科技青年獎等。
突破傳統(tǒng)桎梏，助力碳中和實現(xiàn)
2004年至今，陳海生團(tuán)隊18年專注于先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。針對傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)的三個技術(shù)瓶頸，陳海生團(tuán)隊取得了一些卓有成效的突破和進(jìn)步。“一是進(jìn)一步提高了效率，先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)通過系統(tǒng)原理的突破、高效過程和過程耦合匹配，以及系統(tǒng)中熱能的高效回收利用來提高整個儲能系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)效率從德國和美國電站的40%～50%提高到70%。二是通過對壓縮過程的熱進(jìn)行回收，用壓縮熱來替代燃料燃燒，不使用天然氣等化石燃料。三是在沒有儲氣洞穴條件的地方，通過研發(fā)新型儲氣裝置，如壓力容器、壓力管道、液態(tài)空氣裝置等提高系統(tǒng)選址的靈活性。”陳海生介紹。
而這些進(jìn)步來源于從理論到實踐的一步步創(chuàng)新和跨越。“為實現(xiàn)先進(jìn)壓縮空氣儲能從理論到實際工程的跨越，我們先后突破了系統(tǒng)過程耦合與動態(tài)優(yōu)化等基礎(chǔ)理論；突破了多級壓縮機(jī)和膨脹機(jī)、高效緊湊式蓄熱換熱器等關(guān)鍵技術(shù)；以及在此基礎(chǔ)上開展的系統(tǒng)集成和控制技術(shù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的工程示范；最終使先進(jìn)壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以同時解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的3個主要技術(shù)瓶頸。”陳海生團(tuán)隊已實現(xiàn)從理論、到關(guān)鍵技術(shù)，再到工程應(yīng)用的跨越，形成了完整的壓縮空氣儲能專利群。從團(tuán)隊的多項技術(shù)突破和示范來看，該團(tuán)隊在壓縮空氣儲能領(lǐng)域的整體研發(fā)進(jìn)程及系統(tǒng)性能均處于國際領(lǐng)先水平。
國際首套10MW鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項目
（肥城）
國際首套100MW先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范項目
（張家口）
談及下一步發(fā)展方向，陳海生表示，壓縮空氣儲能技術(shù)將向大型化、高效率和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，包括系統(tǒng)的單機(jī)規(guī)模向大型化發(fā)展，技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)系統(tǒng)效率進(jìn)一步提升，而其生產(chǎn)和制造將向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。
踏實專注，一步一個腳印
陳海生年紀(jì)輕輕便已多項榮譽(yù)加身，曾有報道提到過陳海生的“快捷人生”，而陳海生卻不這樣認(rèn)為。“我不認(rèn)為自己是所謂的‘快捷人生’，其實我是一直是按部就班，按規(guī)矩辦事的。”陳海生出生在山東滕州農(nóng)村，沒有幼兒園，父母又繁忙，他5歲便被送進(jìn)小學(xué)；當(dāng)時小學(xué)讀5年，他10歲考上了中學(xué)；16歲上大學(xué)，20歲讀研究生，25歲博士畢業(yè)。陳海生說，他都是正常學(xué)習(xí)和畢業(yè)，從沒跳級過，一路走來，看似比較年輕，但每一步都是按部就班的，再平凡不過了。“我做壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)工作也一樣，也是按科學(xué)規(guī)律做事，從基礎(chǔ)研究到關(guān)鍵技術(shù)，再到試驗示范，從1.5兆瓦到10兆瓦，再到100兆瓦，一步一個腳印，按規(guī)矩做事。”
一路走來，陳海生認(rèn)為，勤奮和專注非常重要。“人和人的能力差別并不大，特別是在中國科學(xué)院這個人才濟(jì)濟(jì)的地方，只有更加勤奮才可能做出更扎實的工作。同時，人的精力都是有限的，所以目標(biāo)一定要有限，只有把有限的精力、有限的時間、有限的資源專注到有限的目標(biāo)上，才能做出更好的工作。就如同我們團(tuán)隊的工作方針，理想、專注、堅持、創(chuàng)新，18年來我們團(tuán)隊就專注于一件事——壓縮空氣儲能技術(shù)，從1.5兆瓦示范，到10兆瓦，再到100兆瓦，一步一個臺階，積小成為大成，從一個勝利走向另一勝利。”
回國之心從未動搖
2005年，陳海生被公派去英國利茲大學(xué)訪學(xué)1年，學(xué)校給他安排了一個3萬英鎊的小的軟課題項目——給一家公司的液氮汽車發(fā)動機(jī)做熱力分析。而他的勤奮和專注，讓他把這個3萬英鎊的項目做成了總投入高達(dá)600萬英鎊的示范項目，為期1年的訪學(xué)也變成了4年的正式工作。
陳海生說：“項目雖小，但我做得比較細(xì)致，平時思考得也比較多一點，項目驗收時，我提出了做液態(tài)空氣儲能的建議。主要是當(dāng)時考慮液氮的能量密度比較低，做移動式能源用于汽車，里程不是很大，但要是做固定式的，裝在地面上，對能量密度要求不高的情況下，是有可能的。于是，我進(jìn)一步想到做成液態(tài)空氣儲能，用電高峰時制造液態(tài)空氣，用電低谷時液態(tài)空氣再用來發(fā)電。”就是基于這個“靈機(jī)一動”的點子，陳海生和他英國的導(dǎo)師一起提出了新型液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)的概念，該技術(shù)在能源領(lǐng)域的巨大潛力，很快得到了政府和投資機(jī)構(gòu)的關(guān)注和支持。
雖然在英國的研究做得非常順利，但在英國工作4年后，陳海生還是回到了祖國。“選擇回國工作是我出國那天就確定的事情，從來沒有動搖過，所以不存在權(quán)衡是否回國事情，其實在國外工作每一天，我都在思考如何回國后開展工作。一是回國工作是我出國時向中科院作出的承諾，出國學(xué)習(xí)的目的就是為了能力提高后回國更好地工作；二是當(dāng)時國家對儲能技術(shù)的需求也迅速增長，以滿足國家重大需求作為研究方向是我們科研工作者的責(zé)任，也保證了儲能技術(shù)具有很大的發(fā)展空間；三是國家和中科院對儲能技術(shù)非常重視，在項目和平臺等方面給予了很大支持，提供了很好的啟動條件。”
陳海生當(dāng)時選擇回中科院工程熱物理所工作，主要有三方面的原因。“一是熟悉，我碩博連讀是在中科院工程熱物理所完成的，我對這里的科研環(huán)境和老師同學(xué)都非常熟悉，在英國的4年多期間，同研究所也保持著密切聯(lián)系和項目合作，回國時自然首先想到的是回工程熱物理所工作。二是平臺好，工程熱物理所具有一流的研究平臺和學(xué)科基礎(chǔ)，尤其在壓縮空氣儲能和儲冷、儲熱方面有很好的基礎(chǔ)，有利于開展相關(guān)科研工作。三是感恩，碩博連讀期間，研究所為我提供了很好的學(xué)習(xí)和工作條件，培養(yǎng)我順利完成博士學(xué)業(yè)，后來欣然接受我回所工作，又積極地推薦我出國，工程熱物理所給予我的全是培養(yǎng)、支持和幫助，我回國時唯一的選擇便是懷著感恩的心，全力以赴地工作來回報培養(yǎng)、支持和幫助過我的中科院工程熱物理所。”
持續(xù)發(fā)力，助力碳中和實現(xiàn)
北京市科協(xié)也在積極推動碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)，并擬成立北京碳中和學(xué)會。陳海生表示：“推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，是我國對國際社會的莊嚴(yán)承諾，也是推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。北京作為國際科創(chuàng)中心，在北京成立碳中和學(xué)會對于運(yùn)用首都科技資源優(yōu)勢，集聚專家智慧，有效促進(jìn)政產(chǎn)學(xué)研金服用融合，助力北京率先實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，發(fā)揮引領(lǐng)輻射帶動作用具有重要意義。”
同時，陳海生也對北京碳中和學(xué)會未來的工作充滿了希冀。“希望學(xué)會成立后突出特色和重點，加強(qiáng)‘雙碳’領(lǐng)域的學(xué)科交叉和學(xué)術(shù)交流，建議重點開展四個方面的工作：一是加強(qiáng)戰(zhàn)略研究，為政府決策建言建策；二是加強(qiáng)學(xué)術(shù)交叉和學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)突破；三是技術(shù)與產(chǎn)業(yè)融合，打通政產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新鏈條；四是促進(jìn)國際合作與交流，爭取發(fā)起成立國際性碳中和科技組織。”
