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300兆瓦級先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。工程熱物理所供圖

在中國科學(xué)院工程熱物理研究所（以下簡稱工程熱物理所）研究員陳海生的“朋友圈”中，至今流傳著他認(rèn)真寫論文、催導(dǎo)師改論文的故事。

但發(fā)論文不是陳海生做科研的初心。

“現(xiàn)在發(fā)表的文章，5年或者10年后能不能轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力？”這是陳海生2009年剛回國時(shí)思考的問題。

如今16年過去，陳海生帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，不僅從論文變?yōu)閷＠?，還成為實(shí)實(shí)在在的工程，服務(wù)國家、造福大眾。團(tuán)隊(duì)“從0到1”的創(chuàng)新歷程，入選中國科學(xué)院建院75周年75個(gè)科技創(chuàng)新故事，近日相關(guān)成果獲得中國科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)。

陳海生很喜歡一句名言：人活著，就是為了改變世界。他給這句話加上自己的注腳：哪怕改變一點(diǎn)點(diǎn)也行。

創(chuàng)新是敲門磚

工程熱物理所儲(chǔ)能研發(fā)中心（以下簡稱儲(chǔ)能研發(fā)中心）正在做的這件改變世界的“小事”，就是被《科學(xué)》評為人類面臨的125個(gè)終極科技問題之一的儲(chǔ)能技術(shù)。

2020年9月，我國明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)，可再生能源發(fā)展進(jìn)入快車道。但可再生能源天然具有波動(dòng)性、間歇性特點(diǎn)，給電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能系統(tǒng)就像一個(gè)巨型充電寶，可以提高電網(wǎng)對可再生能源的消納水平，減少棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和進(jìn)行能源革命的關(guān)鍵支撐。

早在2009年，陳海生便看到了大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)和發(fā)展趨勢，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)踏入了這條寬闊的賽道。那時(shí)，各種新型儲(chǔ)能技術(shù)剛剛起步，唯一成熟的“參賽選手”就是抽水蓄能電站。

“我們的目標(biāo)就是瞄準(zhǔn)抽水蓄能這個(gè)‘老大’，接近甚至超越它。”陳海生說。

研究團(tuán)隊(duì)首先要解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的“先天不足”和“水土不服”問題。當(dāng)時(shí)，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能電站的效率較低，德國、美國兩座電站僅分別為42%、54%。此外，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能電站沒有擺脫化石能源，需要依賴天然氣提供熱源，而我國能源稟賦是貧油少氣。

因此，最初選定這一研究方向就存在很多質(zhì)疑的聲音。有人認(rèn)為新能源不成氣候，儲(chǔ)能前景不大；有人認(rèn)為技術(shù)上太難，很難實(shí)現(xiàn)突破；也有人認(rèn)為國外也僅有兩座電站，我們不可能大規(guī)模發(fā)展起來。

但陳海生心里有數(shù)，他說：“我們沒有什么優(yōu)勢，只能從零開始，創(chuàng)新、創(chuàng)新、再創(chuàng)新?！?/p>

陳海生指出，過去100多年來，葉輪機(jī)械的設(shè)計(jì)理論都是基于熱力學(xué)第一、第二定律，認(rèn)為單位工質(zhì)熱功轉(zhuǎn)化過程越接近卡諾循環(huán)，效率越高。

“但我們研究發(fā)現(xiàn)，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)要想獲得最高效率并不遵循卡諾循環(huán)的方向，而是儲(chǔ)能和釋能過程的‘原路返回’?！标惡Ｉ忉屨f，單一部件的高效率并不足以帶來系統(tǒng)的高效率，只有實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和釋能的過程對應(yīng)、參數(shù)匹配，才能真正提高效率。

由此，研究團(tuán)隊(duì)提出了有別于傳統(tǒng)技術(shù)路線的中國方案——先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能新原理系統(tǒng)。其先進(jìn)之處在于，在不使用天然氣的前提下大幅提高效率，300兆瓦系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率達(dá)到72.1%，為目前全球最高，與抽水蓄能相當(dāng)。

創(chuàng)新成為叩開一扇原創(chuàng)技術(shù)大門的敲門磚。

一步一個(gè)腳印

要將理論創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為技術(shù)創(chuàng)新，需要人才、平臺(tái)、經(jīng)費(fèi)等各方面資源。這對當(dāng)時(shí)剛剛回國、“囊中羞澀”的陳海生來說，是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

陳海生沒有僅盯著“明天的面包”，而是鄭重制定了一個(gè)面向2030年的時(shí)間表，計(jì)劃從小到大進(jìn)行突破，一方面降低風(fēng)險(xiǎn)，一方面積累經(jīng)驗(yàn)。

儲(chǔ)能研發(fā)中心主任徐玉杰回憶，2009年時(shí)，誰也想不到儲(chǔ)能會(huì)發(fā)展起來，國內(nèi)連壓縮空氣儲(chǔ)能的實(shí)驗(yàn)臺(tái)都沒有。

于是，陳海生帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)首先搭建了一個(gè)15千瓦實(shí)驗(yàn)臺(tái)。由于沒有場地，他們給兩棟樓之間的夾道裝上一扇門、蓋一個(gè)頂棚，作為實(shí)驗(yàn)室。雖然簡陋，卻是團(tuán)隊(duì)難忘的起點(diǎn)。

此后，研究人員一步一個(gè)腳印，從1.5兆瓦到10兆瓦、再到100兆瓦和300兆瓦，4次建成“國際首套”系統(tǒng)。

儲(chǔ)能研發(fā)中心總工程師李文表示，每次規(guī)模放大都不是簡單疊加，而是從設(shè)計(jì)參數(shù)到關(guān)鍵部件的徹底創(chuàng)新。更大的難點(diǎn)在于國內(nèi)外都沒有可參考的先例，完全靠自己摸索前行。

15年來，團(tuán)隊(duì)成員的足跡遍及河北廊坊、貴州畢節(jié)、河北張家口、山東肥城、河南信陽、寧夏中寧，常常一待就是一年半載，哪里有項(xiàng)目，哪里就是第二科研戰(zhàn)場。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，示范項(xiàng)目的系統(tǒng)額定效率穩(wěn)步提高，從52.1%到60.2%，再到60.7%、70.2%、72.1%。哪怕是小數(shù)點(diǎn)后的這一點(diǎn)提升，也是所有人共同奮斗的結(jié)果。

2024年4月，國際首套300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站并網(wǎng)發(fā)電，年發(fā)電量約6億度，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約18.9萬噸，減少二氧化碳排放量約49萬噸。

15年的時(shí)間，研究人員用實(shí)實(shí)在在的項(xiàng)目和數(shù)據(jù)回應(yīng)了當(dāng)年的質(zhì)疑。

不過，300兆瓦并不是極限。據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)目前正在研發(fā)更大規(guī)模、更高效率、更低成本的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)?！案兄x中國科學(xué)院和國家創(chuàng)新體系，一路支持我們開展戰(zhàn)略性、前瞻性，同時(shí)也需要長期探索的重大技術(shù)研究?！标惡Ｉf。

為了理想跳出舒適圈

“實(shí)驗(yàn)室里樣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一次就能發(fā)表論文，但產(chǎn)品化要求每次都必須穩(wěn)定運(yùn)行，商品化則同時(shí)要追求性價(jià)比。”陳海生感慨，一項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化甚至比實(shí)驗(yàn)室研發(fā)還難。

在技術(shù)創(chuàng)新這條長鏈上，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤，都可能導(dǎo)致最終的失敗。陳海生也認(rèn)識到“科學(xué)家做產(chǎn)業(yè)化，很多事情不在行”。他的應(yīng)對方式是主動(dòng)學(xué)習(xí)政策理論和經(jīng)濟(jì)知識。從2012年開始，他們參與行業(yè)調(diào)研、撰寫相關(guān)報(bào)告，算好技術(shù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)賬，為國家制定相關(guān)政策和規(guī)劃提供行業(yè)見解，推動(dòng)行業(yè)整體發(fā)展。

2018年下半年，隨著10兆瓦示范電站建成運(yùn)行，首套100兆瓦示范電站建設(shè)如火如荼，產(chǎn)業(yè)化公司中儲(chǔ)國能（北京）技術(shù)有限公司應(yīng)運(yùn)而生。

如今，研究所和公司形成了“1+1＞2”的效果。研究團(tuán)隊(duì)專注于更高參數(shù)的原始創(chuàng)新，公司則擔(dān)負(fù)起關(guān)鍵部件研發(fā)和制造、系統(tǒng)集成和運(yùn)行的重任，并不負(fù)眾望地實(shí)現(xiàn)100%的裝備自主化率。

有人認(rèn)為技術(shù)轉(zhuǎn)移至企業(yè)后，科學(xué)家就可以甩手不管了。對此，陳海生并不同意，并總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)。

首先是以“我”為主開展示范。“有的投資人嫌技術(shù)開發(fā)太慢，問能不能半年完成。我明確拒絕，技術(shù)開發(fā)必須按科學(xué)規(guī)律來，請他理解?！标惡Ｉf。

其次是適時(shí)轉(zhuǎn)變角色。前期由技術(shù)主導(dǎo)，后期要清醒地讓位于市場，由市場主導(dǎo)。

最后是專注?！皯?zhàn)略難點(diǎn)有時(shí)候不在于做什么，而是不做什么。我們團(tuán)隊(duì)15年來只專注做壓縮空氣儲(chǔ)能這一件事。只有排除干擾、抵住誘惑、集中精力、持之以恒地不懈奮斗，才能實(shí)現(xiàn)理想?！标惡Ｉf。

“錨定目標(biāo)不放松”是許多團(tuán)隊(duì)成員始終堅(jiān)守的原因。徐玉杰表示：“有這么一個(gè)平臺(tái)能堅(jiān)持專心做一件事，讓大家覺得踏實(shí)、有信心，大家不斷向上走，實(shí)現(xiàn)了個(gè)人與團(tuán)隊(duì)的互相成就?！?/p>

（原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2025-05-06?第1版?要聞）