能源问题成为二十一世纪人类所面临的重大问题，发展风能、太阳能等新能源迫在眉睫。电可以利用风能、太阳能大量生产，但截至目前还无法实现低成本、清洁高效、大量的存储，电能储能技术因此成为世界性难题和能源行业（特别是新能源行业）迫切需要解决的问题。
西安交通大学博士生导师王焕然及其研究团队针对现有抽水储能技术和压缩空气储能技术存在的优势，通过技术创新，发明了无水坝抽水储能新技术。该项目近期落户西安高新区创业园，项目的产业化将对新能源行业发展带来新的契机。
专注原创啃物理储能这块硬骨头
目前，世界上的储能技术归纳为三类：物理储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池等）和电磁储能（如超导储能、超级电容储能等）。由于化学储能存在成本高、容量小、且存在对环境污染等问题，目前尚不适合于开展大规模的工业化应用。而电磁储能开展研究时间不长，大量技术处于探索阶段。物理储能作为一种相对成熟也是实际应用较早的储能方式，在工业应用领域占主导地位，如抽水蓄能和压缩空气储能被认为是最有可能成为解决风电大规模储存的最佳方法。
风电已成为我国新兴产业，其装机规模已超过1亿千瓦，而每年弃风量超过200多亿度以上，严重的弃风现象制约了风电产业进一步发展，风电产业的发展进入了瓶颈期。为突破这一瓶颈，迫切需要开发出一种低储存成本、清洁高效、大规模的电能储存技术。
王焕然教授带领他的研发团队进行这一项目的科研攻关。他感慨地告诉记者，这个项目的前期研发经历了十年的过程。“一开始没有思路，我们最初的思路是引进国外技术，走引进消化吸收的路子。”2009年，压缩空气储能技术被美国评为未来十大最有前景的技术之一，备受推崇。但是，在研究透了国外技术后，王焕然发现有很多问题：国外的这项技术虽然被视为模板，但是储能系统造价高、电转化成本也很高，这样一来，对于企业而言没有效益。
“既然这个技术不适合中国国情，那么我们开始原创，找到问题所在。”王焕然带着团队开始啃这块硬骨头。
如何才能找到适合中国国情的储能技术？国家对这个需求非常大，未来社会发展一定离不开新能源。“我们过去走的是能源粗放式道路，以化石能源为主，若要降低化石能源的消耗，今后就要利用新能源（如风能、太阳能、核能）来代替化石能源，而这些新能源的大规模应用都需要储能。”王焕然表示，目前储能效果最好的是抽水蓄能电站，但是建设蓄水电站需要特殊的地理环境，还可能会造成生态灾难。“要改变这一现状，就必须从原理上对技术进行再创新，难点在于突破传统思维固有的模式，实现技术的蜕变与再生。”
把不可能变成可能把可能变成可行
目前，抽水储能、压缩空气储能被认为是最有可能成为解决风电大规模储存的最佳方法。
基于这种情况，王焕然利用前期做项目的经验，思考更好的储存方法。“我们需要提出一种利用全新原理的储能技术，这个原理首先是基于物理储能的方式，在储能过程中还要实现高效、造价低、绿色环保，基于这个理念，我们把现在的物理两个技术——抽水系统和压缩空气进行融合再创新，形成新的技术。”
王焕然表示，在研发过程中遇到的最大的难点就是怎么突破传统技术的制约。“如果要突破，就要改变看似不可能的东西，一定要打破常规。原理上进行创新，从思想上超越，从基理上突破。”
研发团队针对现有抽水储能技术和压缩空气储能技术存在的优势，通过技术创新，发明了无水坝抽水储能新技术。该技术从2012年至今，已申请了8项发明专利，3项已经授权。与其它电能大规模储能技术相比，此储能系统结构简单、储能效率高、储能与发电过程中无需消耗任何燃料、不会对周围生态环境有任何破坏、发电成本低、普适性好。
该抽水蓄能技术与现有抽水蓄能技术相比，其最大优势在于不需要特定的地质环境，不需要建设水坝，由于水系统是循环利用的，完全可建立在干旱缺水地区，它的应用不受环境制约。并且该储能系统造价极低，是传统压缩空气储能系统电站造价的三分之一，是传统抽水蓄能电站的十分之一。
王焕然介绍，新原理的关键在于改变了水的上下游环境条件，把上游的气压环境改变，用气压的压差形成水的上下游的落差，这是新技术从原理上创新的核心。
“现在讲起来简单，好多人问我‘你怎么想到的’，但其实是通过长期的思考和推演，一步步解决。”王焕然说，他经常给学生讲，做研究实际上就是探索新的东西之历程，就是如何把不可能变成可能，把可能转变为可行，把可行变成可用，这就是所谓的创新程序。“怎么把我们的知识通过思考上升到更高的层次。”
“最主要的突破是理念上的突破，从思考到理论分析，是一个比较漫长的过程。”
未来大有可为
“基理突破之后，把不可能变成可能，将可能的变成可行。之后，决不能就此停下来，还要把可行的转变为可用的东西，最终把可用的东西转变为乐于使用的产品。”王焕然告诉记者，下一步他们将要把技术变成广泛可用的，做成低成本的、高效的成套技术产品，始终要以国家需求为导向、以市场为标准。
“以新技术为基础，理论上说可以在任何地方建一个这样的储能电站，因为它不需要特殊的地质环境，也不需要去建坝。”王焕然表示，第一步，他们首先要根据现有物理空间，建设一个小的工业示范电站，进行技术完善和运行演示，目前已经找到了这样一个物理空间，相关设计也已经完成。“大概半年时间就可以把这个系统做出来。”
“任何原创技术一定要走这样一个技术路线：理论可行性研究阶段，实验室验证原理阶段，工业实验验证与技术完善阶段，接下来才可以转为大规模的工业运用阶段。”
与此同时，王焕然及研发团队还将持续进行核心技术研发和工程化研发，团队随着技术的成熟和工业化过程中不断引入新生力量进来。
值得高兴的是，王焕然的“无水坝抽水储能新技术”项目已经吸引了投资，并且注册了新公司，落户在西安高新区创业园，未来大有作为。“项目已经完全满足产业化的条件了，国家在大力发展新能源的各有关产业，这个时机也很成熟。我们的最终目标是，还给大家一个青山绿水的环境，真正实现中国制造、中国创造、惠及人类”
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