气体液化时放热还是吸热(气体液化时为什么放热)

核心点:液化空气体储能的液化和气化过程可以在空和时间上分开，具有储能介质可以分散、输送和转移的独特优势。它在发挥储能作用的同时，可以广泛应用于社会供暖、制冷、制冷、散热等场景，可以发挥巨大的节能效果，这是很多其他储能方式完全无法做到的。同时，考虑到使用的安全性以及生产过程中和报废后的巨大污染，除了电动汽车等旧电池的二次利用，我们不应该也没有必要发展化学电池储能。储能产业的规划和发展，以及储能轨道的启动和投资，不能不引起人们的深思和研究。

冬天太冷了，想借到夏天。夏天太热了，我想用它来发电。我希望剩余的电力被普遍储存和利用；我想拾起火电厂、发动机等地方白白消散的热量；我想用超导电缆大规模输电。谁能做这些看似神奇的事情？答案是-空齐！

是不是异想天开？不，这可能真的是一个造福当下，造福未来的超级梦想！空气体本身不是能源，但可以是能量的载体，通过释放、吸收、转移能量，可以起到很大的减排作用。如何实现，且看分解:

一、空气体的基本性质

空气体主要由氮气、氧气、惰性气体、二氧化碳、氢气和一氧化碳组成，其中，按体积计，氮气占78.08%，氧气占20.95%，氩气占0.93%，合计占99.96%。在大气压下，氮气、氧气和氩气的沸点分别为-195.8℃、-182.98℃和-185.7℃。在空气体的常见成分中，只有氖、氦和氢的沸点低于氮。

我们知道，当气体冷却到沸点以下时，它会变成液体。根据空气体各组分的沸点，当空气体冷却到氮气沸点以下时，几乎所有空气体都已经液化，二氧化碳变成了固体(干冰)。气体变成液体或固体后，也可以气化成气体，液体空气体气化后体积会膨胀800倍左右(气化率)。

按体积计算，二氧化碳在空气体中的比例约为0.03%，大气压下的沸点(升华点)为-78.5℃。固态二氧化碳是将二氧化碳在6250.5498 kPa的压力下冷凝成无色液体，然后在低压下快速凝固而成，也就是俗称的干冰，气化后体积膨胀近800倍。如果只看空气体，二氧化碳含量极低，如果单独用空气体做干冰，成本会很高。但目前我国每年燃烧煤炭、天然气、燃料油产生的二氧化碳排放量在120亿吨以上，二氧化碳集中的地方很多(如火电厂、钢厂、水泥厂、供热厂、啤酒厂)

目前液氮已经广泛应用于畜牧、医疗、食品、工业等行业，主要是提供超低温环境，因为它可以快速冷冻物体，降低温度。干冰也被广泛应用于食品、医疗、工业等领域，主要用于制冷、冷冻、冷却、清洗等。

二、液化空气体利用的可行性

1、液化空气体利用的基本原理

我们知道，和普通空调制制冷剂的原理一样，气体在液化过程中需要能量，同时会释放出热能。反之，液化气在气化过程中会吸收热能，同时体积迅速膨胀，可以用来做功。干冰的形成和气化也是如此。液态空气体和干冰都可以在保温容器中长时间储存，但储存过程中会有一小部分随着吸热逐渐气化(也可以用闪蒸汽做功)。

基于上述原理，我们可以利用低用电期的剩余电能和太阳能、风能电站的弃电来液化空气体，液化过程中释放的热能可用于加热或储存用于气化。相反，在用电高峰期或太阳能、风力的低谷期，我们可以通过液体空气体的气化膨胀来发电，气化形成的冷能可以用于制冷或储存。气化所需的热量可以来自液化过程中储存的热量、环境热量以及其他设备散热获得的热量。干冰也可以这样使用，但是因为高浓度的二氧化碳不像空气体那样无处不在，所以干冰需要在有二氧化碳排放的地方制作，比如火力发电厂。

2.使用液化空气体的可行性

原则上用液化空气体储能是没问题的。那么，在实际技术和工程上可行吗？能有经济价值吗？由于目前还没有大规模应用，所以不能说这些方面一定没有问题。但是，我们可以参考其他类似行业，做出一定的判断。目前，液化天然气(LNG)已在世界范围内得到广泛应用。它是天然气被压缩并冷却到沸点(-161.5摄氏度)后变成的液体。液化空气体的温度只比液化天然气低34.3度。鉴于LNG从液化厂、储存、运输到使用的成熟发展，我们有理由相信液化空气及其利用在技术和工程上是完全可行的。

从经济角度来看，如果只看储能，虽然没有详细的计算和论证，但如果能大规模应用，应该是有经济价值的，尤其是在利用弃电的情况下(2021年弃风电量将达到206.1亿千瓦时，弃光伏电量将达到67.8亿千瓦时)，相当于免收电费，其经济价值会更加突出。如果考虑储能以外的附加场景，液化空气的利用可以形成巨大的经济价值。

事实上，据报道，2017年，中科院理化所团队在廊坊中试基地完成了100kW低温液体空气体储能示范平台的搭建，并取得了良好的实验效果。冷库效率达到90%，系统整体效率达到60%，达到国际领先水平。

3.液化空气体的应用范围

毫无疑问，储能是液化空气体的一个重要应用场景。因为空气体无处不在，所以只要有电的地方，我们就可以用液化空气体来储存能量。而且，我们日日夜夜呼吸的空气，会给我们更多。由于空气体具有放热液化、吸热气化、安全无污染等特性，液化空气体具有许多比简单储能重要得多的潜在应用场景，即系统地用于全社会的供热、制冷和散热，同时利用液态空气体的气化来发电。

三。液化空气体社会潜在应用场景

目前液氮已经被广泛使用，但整体应用量并不大。从更广阔的角度来看，基于其独特的性质，液态空气体在社会上有很多大规模、高价值的潜在应用场景。

1.加热和冷却

基于空调制的使用，在冬季，我们加热室内空燃气，相应的冷能白白释放到环境中，使室外更冷；夏天我们将室内空空气降温，相应的热能白白地释放到环境中，使室外更热。能否利用冬季的冷能来中和夏季的热能？当然是可以的，只要有电和空气。冬天我们将空气体压缩液化，释放的热能用于加热，液态空气体被储存。夏天我们用液态空气体制冷。这种方式真正实现了冬夏两季热量的传递，可以大大减少供暖和制冷的燃料或电力消耗，可以产生巨大的经济效益和减排效果。

当然，以上方式的采暖制冷不能一户一个人进行，必须集中采暖制冷，可以结合北方现有的采暖系统。如果未来能够开发出适合小规模使用的空气体液化设备，那么基于液化空气体的集中供热供冷系统就可以在城市和乡村得到广泛应用。如果只能大规模液化，那么可以在少数地方建立空气体液化厂，一般建设一个具有利用液体空气体功能的中央空调节系统，然后将浓缩的液体空气体分配到各个中央空调节系统冷却发电。在实际应用中，如果空气体液化释放的热量和气化吸收的冷量不足以满足供热制冷的需要，可以通过燃煤、天然气、电等方式进行补充和调节。

2.火力发电厂

我国火电占全国电力的70%以上，火电机组的能量转换效率很低(亚临界机组38%，超临界机组41%，超超临界机组44%)。即使实行热电联产，火电厂还是有大量的能量损耗。同时，火电厂也是二氧化碳的超级排放大户。在上述情况下，一方面可以考虑利用储能形成的液体空气体中的冷能，将火电厂释放的大量二氧化碳生成干冰(供冷库、冷却厂等场所使用)，利用液体空气体的气化来发电。同时可以利用液态空气体吸收火电厂的余热，通过其气化膨胀发电，实现液态空气体中储存的能量转化为电能。

3.冷藏

冷库的核心需求是冷源。我们可以设计制造一个可以使用液态空气体的制冷系统，利用剩余电力或废弃电力产生的液态空气体为冷库提供冷源。这样不仅可以实现冷库不用电制冷，还可以利用液体空气体的气化膨胀发电。

4.数据中心

随着信息技术的发展，对计算能力的需求越来越大，数据中心已经成为社会的能源消耗大户。数据中心在耗电的同时会产生大量的热量。如果能将数据中心的冷却系统改造成可以使用液体空气体的系统，就可以充分利用数据中心产生的热量加热液体空气体进行发电，同时获得更好的冷却效果。

5.发动机

发动机在向外界提供动力的同时，也需要散热。液体空气体本身就富含冷能，可以膨胀做功。我们可以考虑将两者结合起来，在现有发动机的基础上增加一个可以使用液体空气体或者干冰的系统，利用气化膨胀的能量为发动机增加动力或者发电，同时更好的为发动机散热。

根据网上的资料，1立方米大气液体空气体中的可用能量为201千瓦时。按照普通汽车的计算，一个40升的油箱液体空气体提供的能量是8 kWh，按照每kWh 5公里计算，可以驱动一辆汽车行驶40公里，这也是一个相当可观的数字。另一种说法是，每升液体空气体相当于1/8-1/15升燃油，其综合成本可能是燃油的1/2-1/5。对于燃油车，可以利用液态空气体在车内散热和提供冷源，降低油耗，气化能量可以提供部分动力。对于电动汽车来说，可以利用液体空气体的冷能散热，并在车内提供冷源，通过气化发电降低功耗，进一步增加续航里程。尤其是增程冷藏车，液空气会发挥更大的作用。

可能有人会问，发动机用液态空气体经济吗？我觉得是很有价值的，因为如果大规模使用液化空气体储能，就必须有地方消化储能形成的液化空气体。汽车是一个可观的应用场景，可以填补液化空气体储能产业形成的关键环节。而且由于液化空气使用的是剩余电或废弃电，其成本会相对较低，预计其使用可以大幅降低汽车的油耗成本。

也有人会问，汽车用液体空气体可行吗？我觉得可行。首先，从整体环境来看，LNG产业已经非常成熟，加气站等相关技术、设备和设施可以直接或稍加改造应用于液化空气领域；其次，虽然发动机需要增加利用气化膨胀的能量发电或做功的部件，并对冷却系统和空调节系统进行改造，但预计不会有技术和应用上的障碍；第三，由于发动机本身使用液体空气体是回收热量提供额外动力的辅助行为，所以不需要考虑输出动力的稳定性，没有液体空气体并不影响发动机的运行。

当然发动机用液态空气体更难。它面对的是千千成千上万的“散户投资者”。在液态空气体可以大规模生产的情况下，需要重新设计生产发动机，需要更受欢迎的液态空加气站提供服务，但它使用的是液态空气体。

6.超导电力传输

高温超导电缆可以在液氮的汽化温度(约-196℃)下无电阻传输大电流，导体损耗不到常规电缆的十分之一。此外，总运行损耗仅为常规电缆的50% ~ 60%。同时，使用超导电缆可以节省大量的占地面积和空，减少金属和绝缘材料的使用。事实上，超导电缆已经投入商业使用。例如，2021年，上海建成了世界上输送容量最大、长度最长的1.2公里高温超导电缆，并全面商用。电缆内部是零下196℃的液氮。

超导输电技术原则上是最理想的输电技术，但目前造价昂贵，尚未得到广泛应用。超导输电的核心问题是保持电缆低温。如果能实现液化空气体储能的大规模应用，就能低成本地为超导输电提供大量的液态空气体。我们可以在能源输出地液化空气体，从能源输出地到能源使用地建一条液态空气体管道。一方面可以实现储能载体的输送和使用，另一方面可以将超导电缆放入液体空气体管道中进行输电，大大降低了输电损耗，提高了输电能力。我们还可以结合城市供热制冷产生和使用液态空气体，在城市中建立液态空气体输送管道系统和配套的超导输电系统，在输送和使用液态空气体的同时，实现城市超导输电的规模化应用。

7.超导储能

超导储能装置利用超导线圈将能量转化为电磁能进行存储，并通过功率变换器控制能量交换，适用于大功率、高动态响应的储能场合。超导储能具有功率高、重量轻、体积小、损耗低、响应快等优点。超导储能系统可以长时间储能而不损耗，而且建成时不受地点限制，维护简单，污染小。其转换效率超过90%，应用范围非常广泛。

液化空气体大规模应用后，将能够低成本地为高温超导储能提供液态空气体，满足超导储能的温度要求，从而推动超导储能的大规模普及应用，使液态空气体发挥储能减排作用，同时为超导储能创造优良的发展条件。

8.其他人

液化空气体大规模应用后，我们有望为超导磁悬浮交通系统的发展和大规模应用提供坚实的支撑。我们可以沿着磁悬浮轨道建造一个液体空气体运输系统，在运输液体空气体的同时，为磁悬浮运输系统提供超导所需的低温环境。

我们还可以考虑用液态空气体制作日常冰块，同时利用其气化膨胀发电。此外，液化空气体的大规模应用还可以为超导计算机、超导发电机等超导行业以及其他需要超低温环境的行业的发展和大规模应用提供有力支撑。

四。液化空气体产业化发展

如果液化空气仅用于储能，其实施会相对简单，只需要在电力过剩的地方建设液化设施和气化发电设施即可。但这种方式只实现了电能的非高峰储存和释放功能，未能有效利用液化空气的突出特点和优势，无法为整个社会起到储能之外的节能减排作用。

事实上，人类社会在能源的使用上，时间和空存在着巨大的不匹配。就空音的使用来说，我们冬天给房间取热能，扔掉冷能，夏天给房间取冷能，扔掉热能。另外，我们的火力发电厂，发动机，钢铁厂，水泥厂等等都有大量的热量，需要我们用电来把热量收起来。结合液化空气体的储能功能，通过将液化和气化两个过程分开，将液态空气体在时间和空之间转移，可以在很大程度上弥合人类能源利用空的不匹配，实现“冷热留在需要的地方，浪费能源”为了实现液化空气体的功能，减少能源的不匹配和浪费，有必要制造液化空气体

1、技术研发和设备制造

液化空气体利用的整个技术路线需要专门机构进行研究和规划，需要多个单位共同进行各种具体的技术研究。设备方面，首先要制造空气体液化和液体空气体储存、运输、充装等设备；二是要根据不同场景的需求，研发利用液体空气体制冷发电的设备；第三，要发展能够利用液体空气体能量的发动机，研究超导输电、超导储能、超导计算机等利用液体空气体的相关技术和设备。如果与液化空气体相关的设备能够小型化，以用于普通的供热(制冷)厂或中央空调节系统，将促进液化空气体的广泛应用。

2.空气体的液化和储存

可以考虑在不同地区建立大中型空气体液化厂，建立大中型储罐，利用富余的电力将空气体液化实现储能，利用液化过程中的热量进行加热或储存用于汽化液体空气体。同时，如果能够实现空气体液化系统的小型化，液化气化系统可以直接建在居民小区或建筑物附近，成为区域供热(冷)系统或中央空调度系统的一部分。

3.液态空气体的运输和充装

液态空气体的运输和充装与LNG相似。如果液态空气体的温度在LNG设备的设计温度范围内，即使是LNG设备也可以直接用于液态空气体的运输和充装。我们可以把固定的灌装点和移动的灌装车结合起来，把液体空气体送到需要使用的地方。

4、使用液体空气体

液化空气真正发挥作用的关键是获得规模化、系统化的应用，实现全社会的协同使用。应广泛应用于供热(制冷)中心、热电厂、冷库、数据中心等场所。在汽车领域，如果能在现有发动机的基础上成功开发出能利用液体空气体的设备，也应该能大规模推广应用。超导输电、超导计算机等产业也有望随着液化空气体产业的发展逐步实现规模化。总的来说，液化空气体储能减排产业的发展需要用能驱动。使用规模越大，越能降低行业整体成本，提高全社会能源利用效率。

5、干冰的应用

和液体空气体一样，干冰也可以实现同样的储能和减排功能，但干冰的制造不需要这么低的温度，而且因为是固体，储存和运输更方便。为此，我们可以考虑将液态空气体和干冰的应用有机结合起来，利用多余的电力将火电厂、钢厂、水泥厂产生的二氧化碳转化为干冰，供应给冷却厂、冷库、数据中心等需要冷量的地方，与液态空气体一起使用。

6、产业化发展路径

从产业化发展路径来看，一是重点利用液化空气体进行储能，实现液化空气体储能的规模化应用，建立液化空气体生产和储存的产业化体系；其次，研发制造相关设备，逐步试点推广液态空气体在供热、制冷、冷库、数据中心、热电厂等集中场景的使用，发展液态空气体的规模化运输和充装能力；再次，研究制造使用液体空气体的发动机，并逐步试点推广应用，最终形成成熟、广泛的液体空气体生产、储存、运输、充装服务体系；第四，随着液化空气体产业的发展和液化空气体成本的降低，超导储能、超导输电、超导磁悬浮、超导计算机、超导发电机等新兴产业将适时大规模发展。

动词 （verb的缩写）液化空气体利用特点分析

液态空气体温度极低，制造难度相对较大，在储存、运输和使用中存在一定风险。同时，如果不提供加热热源，液体空气体的气化只能依靠吸收环境热量或其他设备散热，膨胀功输出功率低且不稳定(但实际上在大多数使用场景下并不需要大功率或稳定工作)。此外，使用液化空气体储存能量和减少排放具有许多优点:

1.能量的储存和转移完全靠物理作用，介质是空气体，不会污染环境，形成有害废弃物。相比较而言，化学电池燃烧爆炸的风险更大，废电池会造成巨大的污染(除了电动汽车等旧电池的二次利用，我认为不应该开发化学电池储能)。

2.空气无处不在，有电的地方就可以液化空气，这就使得液化空气储能得到了广泛的应用，不像抽水蓄能需要特殊的场地。

3.液体空气体不易燃，不需要高压储存，使用安全。同时，其储能密度(单位储气体积发电量)是压缩空气体的15-20倍，可长期储存，使用灵活。

4.与现有液化天然气行业的技术和设备有较高的趋同性，可以利用液化天然气行业的现有资源，有望与液化天然气行业合作，使我们更好地利用天然气液化过程中释放的热能、液化天然气本身所含的冷能以及液化天然气气化和膨胀中的能量。

5.通过液态空气体的输送，可以实现能量载体的异地转移，广泛应用于许多社会场景，但抽水蓄能、压缩空气体蓄能、飞轮蓄能、超导蓄能、超级电容蓄能、电池蓄能等储能载体不能转移。

6.更重要的是，我们可以将液化放热和气化吸热在时间和空上解耦，使放热和吸热、热能和冷能完全分开应用，实现“将冬季的冷能转移到夏季”和“捡回白白流失的热量”，这就是抽水蓄能、压缩空气体蓄能、飞轮蓄能等等。

不及物动词液化空气体储能减排预期效果

1.发展可再生能源是大势所趋。未来太阳能、风能等清洁能源在全社会能源使用中的比重将逐步提高，对储能的要求也相应越来越高。如果液化空气体储能能够在全社会推广应用，预计可以基本满足自身调峰储能需求，促进可再生能源发展，我们不需要大规模建设其他方式的储能。

2.随着中国“二氧化碳排放峰值”和“碳中和”战略的推进，减少碳排放已经成为整个国家的重要目标和任务。通过大规模推广使用液化空气，可以实现“将冷能从冬季转移到夏季”，“捡拾白白流失的热量”，可以在全社会减少能源消耗和城市热岛效应，产生巨量的二氧化碳减排，为中国碳中和目标的实现做出巨大贡献。

3.如果把液化空气体和干冰的利用结合起来，把火电厂、钢厂、水泥厂的二氧化碳做成干冰，用干冰制冷、散热、发电，整个社会就会形成大量的干冰循环存量，相当于直接实现大规模固碳。

4.液化空气的潜在应用范围广、场景多、规模大，将创造一批全新的产业领域，带来一波巨大的创业和就业机会。如果液化空气体能够形成规模化的产业，将大大降低整个社会的能源使用成本和液化空气体的成本，在社会上形成庞大的液态空气体的流通存量，可以为超导储能、超导输电、超导磁悬浮交通等其他需要超低温环境的产业发展提供良好的支撑。

后记:前不久在《中国能源报》上看到一篇关于我国储能发展的报道，突然想到干冰是否可以用来储能减排。但仔细一想空气体中的二氧化碳含量太低，用空气体中的二氧化碳做干冰肯定不经济。后来我想，为什么不用液化/[/k0？然后通过对相关资料的进一步分析和查询，形成了上述的一些想法。这些想法还没有得到专家的验证。虽然我认为它们是可行的，但很可能存在重大疏漏或错误。敬请指正(联系方式:34620425@qq.com)。液化空气体储能减排是一个潜在的超大型产业。希望有关部门能从全社会集成应用的角度，组织开展面向未来的液化空气体储能减排规模化、产业化研究，并大力推进实施。希望我们能尽快在节能减排上有新的突破，早日实现碳中和，迎来一个更清洁更美好的世界。

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