二十年磨一剑，做出世界最强空气“充电宝”——记先进压缩空气储能技术的先行者陈海生

碳达峰、碳中和是一场深刻的经济社会变革，同时也是一场深刻的能源革命和工业革命。储能是能源革命的关键支撑技术，是可再生能源大规模利用的迫切需要，也是提高常规电力系统效率、安全性和经济性，发展智能电网和分布式能源系统的关键技术。压缩空气储能被称为空气“充电宝”，具有储能容量大、储能周期长、单位投资小等优点，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。

我国对压缩空气储能系统的研发虽然起步较晚，但发展很快。中科院工程热物理所储能研发团队是国内最早进行压缩空气储能技术研究的队伍。从2013年建成首个1.5MW的先进压缩空气储能项目，到2016年建成首个10MW的项目，再到2021年建成首个100MW的项目，中国化工学会储能工程专委会副主任、《储能科学与技术》常务副主编、中科院工程热物理所陈海生研究员作为我国先进压缩空气储能技术的创始人，带领研究团队实现了众多突破，解决了传统压缩空气储能技术的多个难题，为践行我国的“双碳”战略做出了贡献。

按部就班的鲁国人

他5岁上小学，10岁上中学，16岁就上了大学，25岁博士毕业，27岁副研，32岁成为工程热物理研究所最年轻的博导，42岁入选国家“杰青”……在外人看来，如此顺利的人生似乎被按下了加速键。但陈海生却认为自己一直“按部就班，按规矩办事的。”

陈海生出生在山东滕州农村，由于当时没有幼儿园，加之父母繁忙，他5岁时便被送进小学；五年级参加小升初考试，10岁上了中学。这也造成了后来的一系列“后果”。

滕州地处鲁国腹地，人称“百里三圣人（曲阜孔子、邹城孟子、滕州墨子）”中的墨子就来自滕州。陈海生认为鲁风对自己影响更大，讲规矩、务实。

“但我从来都是正常学习、正常毕业的，从来没有跳级过，从来没有破格过，也从来没有提前毕业过。一路走来，看似比较年轻，但每一步都是按部就班的，再平凡再正常不过了。”陈海生说。

回顾走上科研道路的历程，陈海生认为原因有三：一是从小怀有成为科学家的梦想；二是读书时成绩不错，能够考上研究生；三是博士毕业能有机会留在中科院工作，从而走上科研道路。

二十年磨一剑的先行者

2004年至今，陈海生专注于一件事——先进压缩空气储能技术，从15kW实验台，到1.5兆瓦示范，到10兆瓦，再到100兆瓦，一步一个台阶，积小成为大成，使科研工作从一个胜利走向另一胜利。

2005年，陈海生被公派去英国利兹大学访学1年，学校给他安排了一个3万英镑的小课题——给一家公司的液氮汽车发动机做热力分析。“按部就班”的他却发生了点“意外”。他把这个3万英镑的项目做成了总投入高达600万英镑的示范项目，为期1年的访学也变成了4年的正式工作。

陈海生说：“项目虽小，但我做得比较细致，项目验收时，我提出了做液态空气储能的建议。用电高峰时制造液态空气，用电低谷时液态空气再用来发电。”陈海生和他英国的导师一起提出了新型液态空气储能系统的概念，该技术在能源领域的巨大潜力，很快得到了政府和投资机构的关注和支持，并在2009年建成国际首套MW级液态空气储能装置。

虽然在英国的研究做得非常顺利，但在英国工作4年后，陈海生还是回到了祖国。“一是回国工作是我出国时向中科院作出的承诺，出国学习的目的就是为了能力提高后回国更好地工作；二是国家对储能技术的需求迅速增长，以满足国家重大需求作为研究方向，是我们科研工作者的责任，也保证了储能技术具有很大的发展空间；三是国家和中科院对储能技术非常重视，在项目和平台等方面给予了很大支持，提供了很好的启动条件。”

2009年，陈海生带着在英国期间磨炼的新技能回到了工程热物理所。当时为什么回到中科院工程热物理所工作，主要有三方面的原因。“一是熟悉，我硕博连读是在中科院工程热物理所完成的，我对这里的科研环境和老师同学都非常熟悉，在英国的4年多期间，同研究所也保持着密切联系和项目合作，回国时自然首先想到的是回工程热物理所工作。二是平台好，工程热物理所具有一流的研究平台和学科基础，尤其在压缩空气储能和储冷、储热方面有很好的基础，有利于开展相关科研工作。三是感恩，硕博连读期间，研究所为我提供了很好的学习和工作条件，培养我顺利完成博士学业，后来欣然接受我回所工作，又积极地推荐我出国，工程热物理所给予我的全是培养、支持和帮助，我回国时唯一的选择便是怀着感恩的心，全力以赴地工作来回报培养、支持和帮助过我的中科院工程热物理所。”

2009年回国后，陈海生带领团队更加专注于先进压缩空气储能技术的研发和示范应用。针对传统压缩空气储能的三个主要技术瓶颈：依赖天然气等化石燃料提供热源；依赖大型储气洞穴；系统效率较低，德国和美国电站的效率分别为42%和54%。陈海生带领团队提出了先进压缩空气储能技术新原理，一是通过高效过程和过程耦合匹配，提高了效率，二是通过对压缩过程的热回收，替代燃料燃烧，三是研发新型储气装置提高系统选址的灵活性，从而解决传统压缩空气储能的主要技术瓶颈。

为了实现先进压缩空气储能从理论到实际工程的跨越，陈海生建立起了300余人的专业团队，这也是目前国际最大的压缩空气储能团队；其次，建立了完整的研发体系，成为国际上首个具备1-300兆瓦级的部件实验和系统集成测试能力的压缩空气储能研发平台；第三，团队争取了国家、部门和投资人的多方支持。在此基础上先后突破了系统过程耦合与动态优化等基础理论；突破了多级压缩机和膨胀机、高效紧凑式蓄热换热器等关键技术；在此基础上开展了系统的工程示范。

2011年，他们在中关村建成了15kW压缩空气储能系统,用它进行了更深入的基础研究和设计验证；

2013年，他们在河北廊坊建成了国际首套1.5MW先进压缩空气储能示范项目，系统效率达到52.1%；

2016年，在贵州毕节建成了国际首套10MW先进压缩空气储能示范系统，系统效率提升到60.2%；

2021年，在河北张家口建成国际首套100MW的先进压缩空气储能系统，标志着我国压缩空气储能技术又上了一个新的“量级”，相较于原来的10MW技术，这套新系统的整体效率提高了10%，而成本则比原来下降30%，并网以来已调度运行150余次，运行效果良好。

陈海生团队“二十年磨一剑”，无论是在技术困难还是经费困难的时候，他们始终坚守、埋头苦干，实现了从基础研究到关键技术到集成示范再到产业化的跨越，也实现了从kW级到MW级，再到100MW级的跨越。无论是论文、专利还是系统性能指标，均达到了国际领先水平。

勤奋专注的科研人

总结过去，陈海生认为有两点非常重要，一是勤奋，二是专注。“人和人的能力差别并不大，特别是在中科院这个人才济济的地方，只有更加勤奋才可能做出更扎实的工作。同时人的精力都是有限的，所以目标一定要有限，只有把有限的精力、有限的时间、有限的资源专注到有限的目标上，才能做出更好的工作。”在自己的团队里，陈海生提出了这样的工作方针：理想、专注、坚持、创新，提倡年轻人在一个领域内踏下心来扎实工作,经过一定的积累,终会有所成。

不忘初心，方得始终。关于科研工作的初心是什么，陈海生也有自己不断加深的理解：现在科研工作关注的往往是文章、专利、项目、经费、荣誉和获奖，但实际上，文章和专利是科研工作的副产品，项目和经费是对科研工作的投入，荣誉和获奖是科研工作的品牌，都不是科研工作的初心。在他看来，基础研究的初心，是发现新现象、总结新规律、提出新理论；技术研究的初心，是发明创造、在国家重大需求和重要产业中得到应用；应用研究的初心，是实现技术推广和产业化，创造生产力。“我们要不忘科研工作的初心和使命，千万不要被文章、项目、荣誉等‘浮云’所迷惑，做到不被浮云遮望眼，乱云飞渡仍从容，真正把论文写在祖国的大地上。”陈海生说。

谈及下一步发展方向，陈海生表示未来要做好三件事情：一是现有技术的推广和应用；二是更大规模的系统研发，比如300兆瓦系统；第三就是不断研发新的压缩空气储能技术，不断提高效率和其他性能。目前，陈海生正在带领团队全力攻关国际首套300兆瓦级先进压缩空气储能示范系统，将瞄准更高技术性能、更大系统规模、更低单位成本。研发成功后，将成为我国压缩空气储能领域新的里程碑，为我国能源革命和双碳战略做出新的贡献。正如陈海生在一次演讲中所讲的《何为芳华》：

最美好的生活不是躺在床上睡到自然醒，

也不是坐在家里无所事事，

更不是走在街上随意购物。

而是和一群志同道合的人，

一起奔跑在理想的道路上，

回头有一路的故事，

低头有坚定的脚步，

抬头有清晰的远方。