不断“钉钉子”，突破“一堵墙”
自压缩空气储能概念提出后，世界各国一直沿用燃气轮机发电的技术路线，直到中国科学家提出换掉核心部件，业界才看到了一条新路。但是，我国在这项技术上并无技术储备，更谈不上产业基础。陈海生形容当时面临的困难就像一堵墙。
“蒙着头往墙上撞，撞得头破血流也没用。要想取得突破，必须把有限的时间、有限的资源放到有限的目标上，加大攻关强度，就像在墙上钉钉子。”他说。
2010年，陈海生带领一支新成立的小团队，设立了一个“钉钉子”时间表：用3年时间完成1.5兆瓦示范项目，用4年建成10兆瓦示范项目，用5年建成100兆瓦示范项目。
2013年建成的1.5兆瓦先进压缩空气储能系统。
首先要攻克的是核心部件压缩机、膨胀机的内部流动与传热机理相关的难题。
工程热物理所储能研发中心（以下简称“储能研发中心”）副主任李文介绍，先进压缩空气储能系统的空气膨胀机负荷高，膨胀比达常规燃气膨胀机2倍以上，且流量大、转速高，不仅要在高压、高负荷、高转速下高效率运转，还要解决与其他叶轮机械之间的相互耦合问题。为此，团队建设了一系列实验平台，并结合计算机模拟，反复测试、优化改进。
蓄热蓄冷技术是决定技术成败的一大关键点。
传统压缩空气储能技术需要补燃，消耗大量天然气，工程热物理所储能团队经过努力，用先进的蓄热蓄冷技术弥补了这一不足。并且，他们用的蓄热蓄冷介质是成本最低的水。
“这是一个全世界都没有出现过的方案。”工程热物理所研究员王亮说。
要“啃下”这样的硬科技，必须具备足够的硬实力。从1.5兆瓦到10兆瓦再到100兆瓦，每一次规模放大，都不是简单的技术叠加，而是从原理到关键部件的重新研发设计。
就这样，随着一个“钉子”接着一个“钉子”被楔入，在堵路的“墙面”连点成线、连线成面，“厚墙”终于被突破了。
2016年建成的贵州毕节10兆瓦压缩空气储能示范项目储气罐。
2021年，国际首套百兆瓦先进压缩空气储能国家示范项目在河北省张家口顺利并网，发电效率达到70.4%，每年可发电1.32亿度以上，节约标准煤4.2万吨，减少二氧化碳排放10.9万吨。
回看当年制定的时间表，大家感慨，竟然真的沿着这条路一步一个脚印走了下来。不过，这条路还远没有走到终点。
通过进一步技术创新，山东肥城300兆瓦示范电站设计效率达到72.1%，与储能技术的“老大哥”——抽水蓄能相当。该电站年发电量约6亿度，在用电高峰可为约20万至30万户居民提供电力保障，每年可节约标准煤约18.9万吨，减少二氧化碳排放约49万吨。未来，这将是更适合我国发电行业的主流技术路线。
“成本必须降下来，要大规模推广，无论如何都得降。”陈海生说，从投入研发的第一天起，他们的目标就是让这一技术真正在中国落地，造福于民。
总是“第一个吃螃蟹”
第一个试验台、第一个示范项目、第一个并网发电……一路走来，工程热物理所都在做中国压缩空气储能“第一个吃螃蟹的人”。
王亮至今记得，搭建第一个15千瓦试验台时，由于没有合适的场地，他们在两栋楼之间的夹道里搭了个顶棚、装了扇门就成了实验室。因为里面有一棵很粗的树，安装试验台时大家绕来转去，很不方便。
做技术攻关，试验台是必需品，但对一支刚起步的团队来说，这是“奢侈品”。由于投入巨大，2012年建设1.5兆瓦中试平台时，经费非常紧张，必须集中所有可以用到的资源。
除了经费紧张，没有经验可循也是这些年轻人面对的一道坎。
“当时几名刚毕业的博士带着几名没毕业的博士生，经常在现场一待就是一个月。”李文表示，那是大家第一次努力把科学思想变成设计图纸，再把设计图纸变成仪器设备。由于国内外都没有可参考的先例，每走一步都要靠自己摸索。
李文从那段在摸索中前进、在摸索中成长的历程中得到的启示是：“技术开发没有任何捷径可走，必须一步一个脚印。但事实证明只要肯摸索，就能解决问题。”
按照“研发一代、示范一代、应用一代”的发展策略，工程热物理所的压缩空气储能技术持续发展，在上一代技术示范应用的过程中，下一代技术已经马不停蹄开始研发。这些年来，大家跟着项目跑遍了祖国的大江南北。2023年团队开年终总结会时发现，半数以上职工出差天数超过100天，有的甚至超过300天。
他们长年“逐风而居”，到处“餐风饮露”。以国家级可再生能源示范区张家口为例，这里拥有丰富的风能、太阳能，但正因风大，零下20多摄氏度的冬天体感温度能达到零下40摄氏度，团队成员穿着两层羽绒服在室外几分钟就感觉被冻透了。
张家口百兆瓦先进压缩空气储能国家示范项目首次采用人工硐室，也就是人工开发的地下储气洞穴。由于这是首创的技术路线，施工过程中遇到许多前所未有的难题，大家笑称“总是‘吃螃蟹’也有点受不了”。
2021年12月31日，项目终于成功并网的那一刻，在场的团队成员情不自禁地欢呼起来。大家激动地合影留念，一致推举现场唯一的女性——测试工程师付文秀站在C位。
这位1岁多孩子的妈妈彼时已在现场坚持工作了103天。她说：“压力虽然很大，但成功后获得的幸福感是别人不能体会的。”
张家口百兆瓦先进压缩空气储能国家示范项目蓄冷蓄热罐。工程热物理所供图
意料之外，情理之中
对于压缩空气储能的今天，很多人表示“没有想到”。
一些老先生曾善意地提醒陈海生：“进去4度电，出来3度电，你好好考虑，这个研究方向对不对。”
一位国内同行感慨道：“以前我们都不看好，因为技术上太难了，没想到真干成了。”
储能研发中心主任徐玉杰回忆团队起步时表示，国内当时连试验台都没有，只能从基础理论研究开始，谁也想不到这项技术发展到现在，已经处于国际领先水平。
而在已经担任工程热物理所所长的陈海生看来，先进压缩空气储能技术在中国科学院诞生、发展，绝非偶然。
他说：“第一，中国科学院鼓励创新，支持科学家开展前瞻性、需要长期探索的技术研究。”
2009年回国后，工程热物理所支持组建储能实验室，开展当时尚有争议的储能研究，32岁的陈海生成为实验室主任。时任所长秦伟带着他专程去当时的中国科学院高技术研究与发展局汇报研究方向，得到认可与肯定。后来，中国科学院又提供了宝贵的“第一桶金”，使团队得以从“零”开始技术研究。
“第二，中国科学院有鼓励科技成果转移转化的传统，能够支持一项技术从研发走到示范应用。”陈海生说。
实验室创新成果产业化的历程常被称为“死亡之谷”，失败率极高。工程热物理所在产业化过程中也走过不少弯路，但他们坚持以我为主开展工程示范，在中国科学院和国家相关政策支持下，多个项目成功实现示范应用。
“第三，中国科学院能够形成大团队，开展大兵团作战。”陈海生介绍，压缩空气储能是一个多学科交叉的系统工程，需要搭建大平台，提供长时间、大强度的稳定支持。
“攻克这样的硬科技难题，必须有建制化团队。”徐玉杰说，“即使把压缩机、膨胀机、储热换热器这三大关键技术分开攻关，每一项单独技术也需要一个大团队来突破。”
储能研发中心现有职工和学生200余人。随着国家“双碳”目标的提出，储能产业迎来发展机遇，储能人才成为就业市场的“香饽饽”。但团队成立至今，核心成员一个都没离开。
王亮表示，在团队里干活踏实，可以专心做一件事，未来充满希望。“有这么一个平台能让我坚持深入干一件事，实现自己的理想，很幸福。”
电影《中国合伙人》中有一句经典台词：“梦想是什么？梦想就是一种让你感到坚持就是幸福的东西。”对于储能研发中心的科研人员而言，让清洁能源走进千家万户的梦想，召唤着他们在先进压缩空气储能关键技术的攻关之路上披荆斩棘。如今，这条路越走越宽，他们还将继续前行，去追寻更大的幸福。（记者陈欢欢）
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