PDF《迎来储能发展的》

转移转化

2019 年5月23 日 星期四 主编 / 赵广立 编辑 / 沈春蕾 校对 / 何工劳 Tel: (010)

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5 中科院

2018 年度 STS 双创引导项目系列报道③ 从两人发展到如今百人的一支团队;

将压 缩空气储能示范系统从千瓦级,做到 1.5 兆瓦 级、

10 兆瓦级, 再到百兆瓦级;

从最初受到质疑 的目光, 到如今获得业界的 聚光 ……中国科 学院工程热物理研究所副所长陈海生带领先进 压缩空气储能技术产业化团队 烧 了十几年 冷灶 , 终于熬过 寒冬 迎来储能发展的 春天 , 跨越了从科研到产业化的 死亡之谷 . 近日, 陈海生等人接受 《中国科学报》 的 采访, 讲述了他们从无到有、 从冬天到春天的 这段历程. 坚持坐 冷板凳

2005 年,陈海生被公派到英国利兹大学 做访问学者. 在英国访学期间, 我的第一个 项目只有

3 万英镑―― ―给一家公司的液氮汽 车发动机做热力分析. 陈海生回忆道, 这个 项目让我意识到液氮做移动式储能的能量密 度比较小,做安装在地面上的固定式储能可 能前景更好. 于是, 陈海生有一个想法, 开发地面固定 式储能技术, 在用电高峰时制造液态空气, 在 用电低谷时利用液态空气发电.随后, 新型 液态空气储能系统 的概念在陈海生头脑中 逐渐成型.2009 年, 陈海生在中科院 百人计 划 的支持下, 回国组建团队, 正式开始压缩 空气储能研究. 在此之前,国内关于此方面的研究少之 又少, 这无疑是一个巨大的挑战.此外, 当时 市场上对储能的需求并不是很大,可再生能 源所占比例仅百分之一左右.很多前辈曾担 心陈海生走错方向, 发出善意的提醒. 陈海生也面临着很大的压力.经过一番 调研后, 他坚定了压缩空气储能的研究方向. 能源的革命不是一蹴而就的, 可再生能源是 历史发展的潮流. 储能技术的发展是 '

大势'

所趋. 陈海 生告诉 《中国科学报》 , 而压缩空气储能系统 具有规模大、 成本低、 储能周期不受限制、 寿 命长等优点,是未来储能发展的主要方向之 一. 压缩空气储能这个 '

冷板凳'

我们不仅要 坐, 还得坚持坐, 只有坚持才能看到希望. 跨越 死亡之谷 陈海生看到的希望是,我国储能技术市 场需求在

2020 年将达到

40 吉瓦 (1 吉瓦 =1000 兆瓦) ,市场规模可达

3000 亿~4000 亿元;

在2050 年达到

200 吉瓦, 市场规模达 万亿元. 届时, 压缩空气储能系统作为最具 发展潜力的大规模储能技术之一,每年产值 数百亿, 带动上下游产业产值千亿元. 但是, 传统压缩空气储能存在三大技术 瓶颈: 依赖大型储气洞穴、 依赖化石燃料和系 统效率低.要解决这三大问题, 必须采用高效 的压缩机、 膨胀机、 蓄热换热系统, 利用高压 或液态存储代替储气洞穴. 陈海生解释道. 因此, 摆脱对化石燃料、 大型储气洞穴的 依赖, 同时提高系统效率, 是压缩空气储能技 术从实验室迈入市场需要解决的关键要素. 陈海生带领团队潜精研思, 攻坚克难, 终 于建成了压缩空气储能关键技术的研发平台 和设计体系,其性能指标已优于国际同等规 模的压缩空气储能系统,并在此基础上进行 了系统的集成和示范. 据陈海生介绍,

2013 年, 1.5 兆瓦先进 压缩空气储能系统示范项目在河北廊坊建 成, 系统效率达到 52.1%, 这实现了我国压 缩空气储能示范系统 从无到有 的突破;

2016 年,

10 兆瓦先进压缩空气储能系统示 范项目在贵州毕节建成,系统效率可达 60. 2%,这不仅是目前全球效率最高的压缩空 气储能系统, 也让团队跨越了从科研到产业 化的 死亡之谷 . 如今, 陈海生团队研发的 1.5 兆瓦先进压 缩空气储能系统通过技术授权的方式进行了 转移转化;

10 兆瓦先进压缩空气储能系统以 通过技术入股成立公司的方式实现了产业 化, 总吸引投资 1.3 亿元. 陈海生团队并不满足已经取得的成绩.

2016 年, 贵州毕节

10 兆瓦压缩空气储能系统 投入运行后,陈海生团队便马不停蹄地开始 了百兆瓦级的技术攻关.今年,团队研发的

100 兆瓦级压缩空气储能应用示范系统项目 已经启动, 预计于

2020 年底在张家口国家可 再生能源示范区完成设备安装,

2021 年完成 集成与调试, 助力冬奥会. 这将是我国压缩空气储能技术发展的又 一次飞跃. 陈海生表示,百兆瓦先进压缩空气储能 示范项目的建成,不仅能带动压缩空气储能 的示范效应,还将为我国压缩空气储能产业 的快速发展奠定基础,贯通压缩空气储能上 下游产业发展, 带来巨大的经济和社会效益. 专业的人做专业的事 回顾百兆瓦级系统的研发历程,陈海生 感慨地说: 百兆瓦系统要求压缩机、 膨胀机、 蓄热换热三个部件的性能高、 规模大, 国内外 没有先例;

此外, 系统投资大、 风险大, 我们必 须保证一次成功. 陈海生团队的实验室面向北四环,经常 在夜晚九十点钟仍见灯火通明. 我从不要求 团队成员加班,但是大家都自发地为项目付 出. 陈海生感叹道, 这几年, 团队都专注压 缩空气储能这一件事. 当机器开始转动时, 团 队成员心中的激动与喜悦难以言表,这意味 着我们离产业化又近了一步. 为更好地推动百兆瓦空气储能技术的大 规模应用推广,

2018 年12 月,陈海生团队以 技术入股的方式与投资方共同成立了产业化 公司, 将以设备制造商、 系统投资运营商两种 模式实现产业化推广. 科研人员和企业家合作,意见出现分歧 怎么解决?对此, 陈海生认为, 让专业的人做 专业的事儿, 才能更好地实现发展.技术研发 及示范阶段, 应该以科学家意见为主;

产业化 推广阶段, 应该以企业家意见为主. 在产业化推广过程中,陈海生团队的项 目入选了中科院弘光专项,他告诉记者: 弘 光专项不仅给予我们经费支持,还为产业推 广提供了很大帮助, 比如组织专项培训、 对接 投资人. 谈及压缩空气储能技术未来的发展, 陈 海生指出: 我们将做三件事,一是要开发更 大规模和更高性能压缩空气储能系统,二是 根据市场需求做产品系列化和标准化的工 作, 三是不断地推广应用. 十年磨一剑, 一朝试锋芒.陈海生希望, 未来压缩空气储能的产业化可以满足常规电 力、 可再生能源及微电网的迫切需求, 为有效 支撑能源革命,促进可再生能源大规模应用 与环境治理,发展高端装备制造等战略性新 兴产业做出贡献. 以石墨烯为代表的二维材料,被誉为

21 世纪的超级材料,有望发展成为下一个万亿 级的产业.

2014 年, 黑磷作为二维材料领域的 一颗新星,它的横空出世迅速引起了国内外 科学界和产业界的广泛兴趣.从最初的晶体 管, 到后来的光电子器件, 再到催化、 能源、 生 物医学等领域,黑磷展现出广阔而巨大的应 用前景. 我们已经在黑磷晶体制备技术领域首 次实现单管

50 克的新突破. 日前, 中国科学 院深圳先进技术研究院(以下简称中科院深 圳先进院)研究员喻学锋在接受《中国科学 报》 采访时表示, 选择研究黑磷这一新材料, 我们是认真的, 不只是为了发论文, 更希望将 这一新材料推广实现产业化. 别人重论文, 我们重应用

2014 年,喻学锋决定放弃大学里安稳的 工作和生活, 南下深圳从事新材料研究. 当年,黑磷仍是'

埋在沙土下未被发掘的黑 金'

. 喻学锋回忆道, 那时候国内外都是刚开 始关注黑磷这一新材料.

2014 年也是我国黑磷基础研究发展的关 键一年, 先后有多个科研团队在 《自然》 子刊 就黑磷研究发表重要的成果文章.喻学锋告 诉记者: 我们是国际上最早一批从事黑磷研 究的团队,并且我们在研究之初就明确地告 诉自己, 不仅要发论文, 还要将黑磷做到产业 化. 怀着这样的目标,喻学锋带领团队先从 基础研究做起.

2015 年, 喻学锋与香港城市大 学教授朱剑豪等合作,先后高效制备出黑磷 量子点和黑磷纳米片,在国际上首次解决了 黑磷的稳定性难题.相关研究论文连续发表 在国际权威刊物 《德国应用化学》 上, 并被选 为封面报道及热点文章. 紧接着,喻学锋团队围绕着黑磷的可控 制备、 界面调控和应用拓展, 多篇重要成果先 后于 《自然》 子刊等刊物发表. 今年, 在黑磷的 光催化技术方面,喻学锋团队成功制备出黑 磷/铂、 黑磷 / 氮化碳等系列光催化剂, 比当 前光催化剂具有更高的太阳光利用率和效 率,在太阳光驱动的有机催化反应和光催化 产氢等方面展现出很好的应用前景,相关研 究成果发表在材料领域的权威刊物《先进材 料》 和 《先进科学》 上. 发文章不是我们的最终目的, 别人重论 文, 我们重应用. 喻学锋心里比谁都清楚, 但要实现产业化应用, 必须要有过硬的理论 研究基础. 由于一开始就瞄准黑磷的应用研究, 到2016 年,喻学锋团队已经掌握了相对成熟的 黑磷制备和界面调控技术,成功制备出高稳 定性黑磷,为黑磷的规模化制备和应用奠定 了基础. 成立公司我们是被动的 团队在黑磷研究领域的动静先后吸引 了国内多家化工龙头企业的关注. 喻学锋告 诉记者, 由于双方理念一致,我们很快就确 定了黑磷产业化合作的对象―― ―湖北兴发集 团.

2016 年8月,中科院深圳先进院产业化 全资子公司深圳中科先进投资管理有限公司 与湖北兴发集团、重庆中科渝矿创业孵化器 有限公司合作,三方决定共同投资组建湖北 中科墨磷科技有限公司. 成立公司, 其实我们是被动的. 喻学锋 表示, 与湖北兴发集团的合作, 最初源于中科 院深圳先进院为黑磷成果召开的专场对接 会. 通过成果、 市场、 产业、 人才、 宣传等创新 资源的大协同,中科院深圳先进院建立起了 科研人员与市场的无缝对接,就这样不知不 觉中,我们的黑磷制备技术走上了自己的产 业化之路. 今年

4 月,湖北兴发集团董事长李国璋 专程前往中科院深圳先进院参加了黑磷联合 实验室的年度总结会. 喻学锋介绍道, 我们前 期部分产品已经完成了小试,下一步将要开 展中试, 进一步降低黑磷制备的价格和成本. 喻学锋自己就是湖北人,跟湖北兴发集 团的合作,他颇有感慨: 能将技术在家乡落 地也是我的心愿.后续我们还将合作开发高 附加值的黑磷新材料产品. 发掘产品的高附加值 因采用太阳能电解水制氢的过程没有碳 排放, 以清洁环保著称的氢能源备受关注. 为此,喻学锋团队成功制备出的系列黑磷复合 光催化剂, 在清洁能源、 工业催化等方面无疑 应用前景巨大. 除了催化剂,喻学锋团队还围绕黑磷材 料开展多类型新产品的尝试,包括光电子器 件、 生物医学等多个应用领域. 我国磷矿储 量居世界第

2 位,但当前磷化工产品的附加 值普遍较低,黑磷的出现为磷化工产业的转 型带来了新的希望. 喻学锋团队要做的就是改变磷化工产业 的现状. 从小试到中试, 再到大规模制备, 我 们将学术和应用深入结合,推动黑磷制备和 应用技术的不断前进. 做产业化跟单纯做科研发论文不一 样. 喻学锋感叹道, 作为一种底层原材料, 黑磷的产业化开发不仅难度大,而且没有可 以参考和借鉴的经验, 需要自己发现问题, 并 寻找解决方案. 要实现黑磷的产业化, 就需要放大生产. 磷元素非常活泼,控制不好就可能出现危 险, 因此, 我们还需要开发出一套规范的生产 工艺流程. 喻学锋指出, 生产工艺放大的问 题得到解决,意味着我们向黑磷的产业化进 程又进了一大步. 而在产业化推广的进程中,得到中科院 STS 双创引导项目给予的支持,让喻学锋信 心倍增: 中科院是我们坚强的后盾,不仅帮 助我们建立了团队,还帮助我们成功对接产 业和资本, 在这些帮助下, 未来我们有信心成 为黑磷行业的引领者. 除了跟湖北兴发集团的合作,喻学锋团 队还在深圳成立了一家子公司. 我们希望这 家公司能提供高质量的科研级黑磷产品, 做 好原材料的攻关, 进一步推动产业的发展. 黑磷基复合高效广谱光催化剂项目团队 研究黑磷不只是为了发论文 姻本报记者 沈春蕾 先进压缩空气储能技术产业化团队 熬过 寒........