近50年来，液态空气储能技术一直被忽视，而首个液态空气储能设施最终将于2026年投入使用。该设施希望能够与电网规模的锂电池和水力发电竞争，以储存清洁能源，并减少对化石燃料的依赖。

随着全球可再生能源电力使用量飙升，首次超过煤炭发电，在无阳光、无风时储存这些能源的需求也随之增长。虽然一些人转向电网规模的锂电池，另一些人转向抽水蓄能，但一个规模虽小但正在增长的行业坚信，还有一个更好的解决方案：压缩空气储能。

在英格兰西北部卡灵顿村附近，世界上首个商业规模的液态空气储能设施正在奠基。该设施最终将由一系列工业机械和多个大型储罐组成，储罐内充满经过压缩和冷却至液态的空气，利用剩余的可再生能源。当需求超过供应时，储存的能量可以释放出来。

如果该项目成功，将会有更多项目相继推出。该项目的开发商Highview Power公司相信，液态空气储能将使各国更容易用清洁可再生能源取代化石燃料——尽管目前这项技术成本高昂。但随着清洁能源储能需求的激增，他们相信，平衡将倾向于液态空气。

间歇性问题

如果世界要减少温室气体排放，避免气候变化的最严重影响，转向可再生能源至关重要。但这样做会给电网带来挑战。

燃烧煤炭和天然气等化石燃料的发电厂基本上可以随意开启和关闭，提供可预测的电力供应，以满足需求。相比之下，可再生能源是间歇性的。这意味着有时发电量不足，有可能导致断电；有时发电量过大（例如在大风天气），可能会损坏电网。

解决方案的一个重要部分是储存多余的能源，以便在需要时释放。这有助于确保可靠的供应，并最大限度地降低电网受损的风险。麻省理工学院（MIT）研究储能系统的化学工程师谢林·塞特根（Shaylin Cetegen）表示，随着可再生能源利用的增加，建立电网规模的储能容量变得越来越重要。

几十年来，储能的主要形式一直是抽水蓄能。多余的电力被用来将水抽上山，储存在水坝后面。当需要能源时，水流经涡轮机，产生电力。2021年，全球抽水蓄能装机容量为160吉瓦。

近年来，随着储能需求的增长，大规模电池储能系统应运而生。这一进程迅速推进，且呈加速之势。根据国际能源署的数据，电网规模的电池储能容量已从2013年的1吉瓦（GW）增长到2023年的80吉瓦以上，仅2023年就将增加40吉瓦以上。

液态空气储能

相比之下，液态空气储能是一项相对较新的技术。其基本理念早在1977年就已提出，但直到本世纪才引起人们的关注。

该过程分为三个阶段。首先，从周围环境吸入空气并进行净化。其次，空气被反复压缩，直至达到极高的压力。第三，使用多流热交换器将空气冷却至液态：该装置包含多个通道和管道，其中流动着不同温度的物质，从而以可控的方式在它们之间传递热量。

当电网需要额外能源时，液态空气就会发挥作用。它被从储存装置中抽出并蒸发，再次变成气体。然后，它被用来驱动涡轮机，为电网发电。之后，空气被释放回大气中。

整个过程中有一些巧妙的节能技巧。例如，高压气体会变得更热，因此压缩空气的过程会产生热量。这些热量可以用来帮助在后半段恢复液态空气。“如果没有这些热回收循环，该过程的效率接近50%，但当我们实施这些循环时，效率可以超过60%，接近70%。”Cetegen说。

挑战在于推出足够的液态空气储能，以有效加速绿色转型。

曼彻斯特的新工厂是世界上首个商业规模的储能项目。它由Highview Power公司建造，该公司在液态空气储能领域拥有20年的研发经验。此前，附近皮尔斯伯里也曾有一座示范工厂。卡灵顿工厂将能够储存300兆瓦时的电力，足以填补多达48万户家庭的短暂电力缺口。

Highview Power公司首席执行官理查德·巴特兰(Richard Butland)表示，该项目将分两个阶段上线。

该涡轮机预计将于2026年8月投入运行。它不会发电，但有助于稳定电网。巴特兰表示，目前，电网运营商有时会启动燃气发电厂来稳定电网。“这对系统来说是一笔巨大的成本，”他说道。通过提供替代的稳定方式，“我们可以阻止他们这样做。”

预计液态空气储存将于2027年开始运营。Highview计划在电力需求最旺盛的时候向电网出售电力，从而盈利。

Cetegen表示，虽然储能是一项必不可少的技术，但其经济性却极具挑战性。在3月份发表的一项研究中，她和同事评估了液态空气储能在美国18个地区的可行性。他们比较了八种不同的脱碳方案，这些方案对可再生能源的吸收率各不相同。在所有情况下，他们都估算了一个项目在40年的生命周期内通过买卖电力可以赚取多少钱。

Cetegen表示，虽然这可能被天真地视为“负面结果”，但她强调，这并不意味着液态空气储能是个坏主意。首先，她的方法刻意保守，而且她的研究发现，其他形式的储能，例如抽水蓄能和电池，在经济上甚至更不可行。更重要的是，最大的问题是储能设施在早期无法盈利，因为美国电网中没有足够的可再生能源来推高价格波动。“该系统在（该模型）早期并没有得到广泛应用，”她说。

Cetegen表示，液态空气储能供应商可以等待几年，直到可再生能源推动价格波动，但这样做会阻碍能源转型。

相反，她表示，政府可以支持这项技术。在她的研究中，补贴建立这些系统的初始资本成本“可能是在短期??内实现经济可行性的可行方法”，她说道。

此外，可再生能源的更快普及将增加能源价格的波动性，使能源储存更具经济可行性。

全球推广计划

Highview Power似乎并不担心。“曼彻斯特的回报会非常丰厚，”巴特兰说道。他们得到了英国政府一项名为“上限和下限”的政策的帮助，该政策保证了公司获得最低资本回报。巴特兰表示，这增强了投资者的信心。然而，他补充说，这不应该让政府付出一分钱。“他们预计每个项目的收益都会超过最低限额，”他说，“所以政府预计不会为此付出任何代价。”

该公司还计划在英国再建两家工厂，并在日本和澳大利亚建设更多工厂。这些工厂的规模将更大：卡灵顿工厂的储能容量为300兆瓦时，而苏格兰工厂的规模几乎是后者的10倍，可储存2.5吉瓦时。压缩机和冷却设备价格昂贵，而储罐价格低廉，因此很容易扩大规模。

Cetegen还强调了液态空气储能的最后一个优点：它成本低廉。储能技术通常使用一种名为“平准化储能成本”的指标进行评估，该指标估算了项目整个生命周期内每单位储能的成本。液态空气储能的成本低至每兆瓦时45美元（34英镑），而抽水蓄能的成本为120美元（89英镑），锂离子电池的成本为175美元（130英镑）。

Cetegen说：“目前如果没有政策支持，这些储能方法都不具备经济可行性，但液态空气储能作为一种特别经济高效的大规模储能选择脱颖而出。”

据介绍，最终电网将依赖于多种储能技术。抽水蓄能效率极高，使用寿命长达数十年，但由于需要水源，因此受地点限制。而电池效率高，可以放置在任何地方，但大约10年后需要更换。液态空气的优势在于，它比电池储能时间更长，且损耗最小。

随着世界各国进入绿色转型期，液态空气储能将有巨大应用前景。