世界首個“非補燃”壓縮空氣儲能電站投產(chǎn)

藏在地下的“空氣充電寶”

能否想到咪轩，我們身邊無處不在的空氣，既可儲能箕速，也可發(fā)電?

在江蘇常州涧狮，就有這樣一座利用空氣來儲能炕矮、發(fā)電的電站——金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站。近日刹越，該電站正式投產(chǎn)堡它。這是世界首個“非補燃”壓縮空氣儲能電站，也是國內(nèi)首次利用鹽穴資源的發(fā)電項目靡循。因容納壓縮空氣的“容器”——鹽穴位于地下近千米處衍醒，又被稱為藏在地下的“空氣充電寶”。

作為空氣儲能領(lǐng)域的國家試驗示范項目铣滥，它的成功投產(chǎn)父驮，標志著我國壓縮空氣儲能技術(shù)實現(xiàn)從理論實驗到工程應(yīng)用質(zhì)的飛躍，堪稱我國新型儲能技術(shù)發(fā)展的里程碑捕如。中國科學院院士盧強表示切拳，鹽穴“非補燃”壓縮空氣儲能技術(shù)是實現(xiàn)新能源大規(guī)模消納茁臀、建設(shè)新型電力系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)之一揩池，對促進我國能源結(jié)構(gòu)升級和保障能源電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展孽倒，具有十分重大的意義。

那么泪桥，這個藏在地下的“空氣充電寶”到底能存多少電救鲤，是如何充電、放電的?“非補燃”又是如何實現(xiàn)的?記者近日采訪了該項目有關(guān)負責同志秩冈。

安全環(huán)保儲能新方式

用電低谷壓縮空氣儲能本缠，高峰釋放發(fā)電

6月24日9時57分，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站集控室內(nèi)入问，電話鈴聲響起丹锹。正在當班的值長鄧建軍收到國網(wǎng)江蘇電力公司調(diào)度處指令，要求電站1號機組于“10時17分準時并網(wǎng)調(diào)峰”芬失。

一時間楣黍，集控室內(nèi)相關(guān)工作人員忙碌起來。

啟動暖管操作棱烂，給換熱器預熱;打開儲氣鹽穴井口的控制閥租漂，壓力接近140個大氣壓的空氣從地下千米深處的鹽穴奔涌而出，驅(qū)動空氣透平膨脹機沖轉(zhuǎn)……10時17分颊糜，發(fā)電機組準時并入塢家變電站電網(wǎng)開始發(fā)電哩治。

10余分鐘后，發(fā)電機組達到滿負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)衬鱼。

……

下午3時扫矾，發(fā)電機組解列。此輪次發(fā)電作業(yè)完成序机。

在用電低谷時勘浇，利用低谷電或可再生能源棄電把空氣壓縮，存儲在地下鹽穴;在用電高峰時圃星，釋放高壓空氣怒央，帶動發(fā)電機組發(fā)電，保障用電需求丘苗。改變傳統(tǒng)電力“即發(fā)即用”現(xiàn)狀项请，削峰填谷，確保谷電不浪費梦迂、峰電有加持肚轴，正是金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站作為“充電寶”的功能所在。

近年來豫阻，隨著風稠还、光等新能源的大規(guī)模開發(fā)伞缺，我國清潔能源裝機容量迅猛增加。據(jù)國家能源局最新消息叁丧，截至今年5月底啤誊，我國可再生能源發(fā)電總裝機達到11億千瓦。其中拥娄，常規(guī)水電3.6億千瓦蚊锹、抽水蓄能0.4億千瓦，風電稚瘾、光伏發(fā)電牡昆、生物質(zhì)發(fā)電等新能源發(fā)電裝機突破7億千瓦。

但是摊欠，風丢烘、光等新能源發(fā)電需要“看天吃飯”，受環(huán)境影響很大些椒。以風電為例播瞳，風大時發(fā)電就多，風小時發(fā)電就少摊沉。夜晚用電負荷較小時狐史，有可能發(fā)電量大，造成很多發(fā)出來的電無法上網(wǎng);相反用六，白天用電高峰期近振，可能發(fā)電量反而會少，導致電不夠用烂锤。這對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來隱患暴遂。

在這樣的大背景下，建設(shè)大規(guī)模儲能設(shè)施顯得尤為迫切架暗。

目前已有的儲能技術(shù)大致可以分為兩大類：一類是物理儲能粘伊，比如抽水蓄能、壓縮空氣儲能约粒、飛輪儲能等;另一類是化學儲能惠翼，主要包括各種電池，如鉛酸電池侨直、鋰電池等支摹。

記者了解到，不同的儲能技術(shù)各有優(yōu)劣靠婴。抽水蓄能發(fā)電效率高代郊、規(guī)模大，但需要豐富的水資源杀餐，受地理環(huán)境的影響很大;飛輪儲能技術(shù)適用于軌道交通等小規(guī)模儲能;而電池儲能雖然能量轉(zhuǎn)換速度快干发，但是壽命有限朱巨、成本較高，還有后續(xù)處理問題枉长。

“當前應(yīng)用最成熟的是抽水蓄能技術(shù)冀续。”華能金陵電廠副總經(jīng)理、中鹽華能儲能科技有限公司總經(jīng)理藺通告訴記者搀暑，而壓縮空氣儲能可以說是目前唯一能與抽水蓄能相媲美的大規(guī)模儲能技術(shù)沥阳，“相比之下跨琳，壓縮空氣儲能規(guī)模大自点，又安全環(huán)保、占地面積小脉让，是大規(guī)模儲能領(lǐng)域開發(fā)的新趨勢桂敛。”

壓縮空氣儲能是一種新型儲能技術(shù)。今年2月國家發(fā)改委溅潜、國家能源局發(fā)布的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》中术唬，曾多次提到這一技術(shù)。

江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站項目是我國空氣儲能領(lǐng)域的國家試驗示范項目墅瑟，由中國華能集團避扎、中鹽集團和清華大學三方項目團隊共同開發(fā)，中國華能集團江蘇公司負責建設(shè)枪素、調(diào)試和運維咬跷，一期工程發(fā)電裝機60兆瓦，儲能容量30萬千瓦時芹倔，預計年發(fā)電量約1億千瓦時演避。

“可為江蘇電網(wǎng)提供±6萬千瓦調(diào)峰能力。”藺通告訴記者威脯，對于電網(wǎng)峰谷差較大的江蘇而言偶咸，這樣的“充電寶”無疑是一場“及時雨”。

千年鹽穴變身“儲氣罐”

發(fā)電5小時能滿足6萬人一天用電需求

在距離金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站東北方向一公里左右的茅八井跨略，是這個電站的核心部分——鹽穴殊泼。

“這是儲存壓縮空氣的地方，就相當于抽水蓄能的水庫烁犀。”藺通介紹說码日，儲氣的裝置有很多，比如壓力容器周蹭、管線鋼等趋艘，“利用鹽穴資源儲氣發(fā)電，這在國內(nèi)尚屬首次凶朗。”

鹽穴瓷胧，即地下鹽層被開采后留下的礦洞显拳，密封性良好且多數(shù)處于閑置狀態(tài)，適于儲存石油搓萧、天然氣等重要戰(zhàn)略物資杂数，也是儲存高壓空氣的理想場所。與新建鋼罐等壓力容器儲存的方式相比瘸洛，利用鹽穴可顯著降低原材料揍移、用地等方面的成本。

“我國鹽穴資源豐富反肋，目前僅金壇就擁有地下鹽穴資源約1000萬立方米那伐，理論上可以建設(shè)超過4000兆瓦的壓縮空氣儲能電站。這些鹽穴多分布在地下800米到1000米石蔗，抗壓能力強披滑。”華能江蘇公司金陵電廠儲能項目部副主任林迎虎告訴記者，但這并不意味著所有的鹽穴都可以作為壓縮空氣儲存裝置轮拼，還需要滿足容積適當羹卷、地質(zhì)穩(wěn)定、距離合適等條件才延。

金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站項目所使用的茅八井鹽穴位于地下1000米左右淀胞，梨形腔體最大直徑約80米，高度超過100米陈园，容積超過22萬立方米两军，相當于105個標準泳池。且鹽穴壁光滑胚搂，整體形態(tài)比較穩(wěn)定喉隙，氣密封測試完全能夠滿足空氣儲能的要求，最高可承受200個標準大氣壓脐炼。

不過畏帖，鹽穴原本的口徑較小，承擔不了高流量丁恭、高速率的氣流運輸曹动。科研人員決定對其進行改造：將原有的一口老井封堵牲览，重新鉆探了兩口大口徑的井墓陈。不過由于國內(nèi)是首次鉆探大口徑鹽井，因此困難很多第献，整個建設(shè)經(jīng)歷了將近兩年時間贡必。

“如果把鹽穴比作一個體積固定的超大號氣球，那么儲能的過程就是吹氣球的過程。”藺通給記者打了個比方仔拟。他告訴記者衫樊，該項目攻克了世界上參數(shù)最高的離心式壓縮機，這是“吹氣”的關(guān)鍵裝置利花，通過這一裝置科侈，可將1個標準大氣壓的空氣壓縮為140個標準大氣壓的高壓空氣，存入“氣球”;待用電高峰時炒事，再釋放高壓空氣臀栈，驅(qū)動空氣透平膨脹機，讓“風車”旋轉(zhuǎn)起來仁吟，從而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電岭蚜。

“我們一般是晚上11點、12點用電低谷期開始儲能拌微，到第二天早上纸靠，一個儲能周期是8個小時。”林迎虎告訴記者殊储，用電高峰期滿負荷發(fā)電，一個小時能發(fā)6萬度電胳雁，可以連續(xù)發(fā)5個小時瘤慕，“也就是30萬度電，相當于6萬居民一天的用電量康逝。”

記者了解到鹰柄，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站二期項目規(guī)模計劃400兆瓦，三期項目規(guī)模預計達到1000兆瓦以上菲恢。以金壇擁有的鹽穴儲氣庫總量來看擎融，將來儲能能力可達現(xiàn)在的60余倍。

有專家表示锁孟，地下鹽穴具有體積大彬祖、密閉性好、穩(wěn)定性高的天然優(yōu)勢品抽，可為壓縮空氣儲能提供優(yōu)良的儲氣條件储笑，是壓縮空氣儲能地下儲氣庫的首選。未來圆恤，棄礦洞突倍、人工地下儲氣庫等其他地下空間也是地下儲氣庫的可行選項。

世界首次實現(xiàn)壓縮空氣零碳發(fā)電

電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上盆昙，全過程無燃燒羽历、無排放

其實，用鹽穴來儲能發(fā)電雖是國內(nèi)首次，但在世界上早有先例秕磷。金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站的特殊之處在于——“非補燃”技術(shù)的運用炕淮。

何為“非補燃”技術(shù)?即在壓縮空氣發(fā)電過程中不依賴煤、天然氣等外部能源燃燒跳夭。

據(jù)了解涂圆，鹽穴的高壓空氣被釋放出來后，需要加熱膨脹以產(chǎn)生更大的推力湃儒，維持系統(tǒng)的循環(huán)運行还纤。目前世界上已投運的鹽穴壓縮空氣儲能電站都需要燒煤或天然氣來加熱空氣，這個過程就叫做“補燃”氯摆，不可避免地會產(chǎn)生污染物排放埠邻。

而金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站，則完全不依賴外界能源峡冻，是利用自身的“內(nèi)循環(huán)”苞惰，將壓縮空氣過程中產(chǎn)生的大量熱能儲存起來。待發(fā)電時最奸，再將儲存的熱能釋放咕诊，成為天然的“助推劑”。儲能拜殊、發(fā)電整個過程全部是物理過程焚卖，所以沒有任何燃燒、排放匿党。

據(jù)了解晰绎，當前國際上投運的鹽穴壓縮空氣儲能系統(tǒng)均為補燃式，去除化石燃料部分括丁，其電能轉(zhuǎn)換效率只有20%左右荞下。也就是說，用100度電來儲能史飞，最終只能發(fā)出20度電尖昏。金壇鹽穴壓縮空氣儲能工程采用“非補燃”技術(shù)后，可將電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上祸憋，在世界上首次實現(xiàn)壓縮空氣零碳發(fā)電会宪。

“‘非補燃’技術(shù)在世界上沒有先例，我們攻克了壓縮機等一系列關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計制造和工程化應(yīng)用難題蚯窥。”藺通說掸鹅，國內(nèi)外都沒有任何技術(shù)方案可以參考，只能從零開始拦赠，一步步摸索巍沙。

在電站一側(cè)，7個巨大的罐體十分顯眼，空氣壓縮時產(chǎn)生的熱能就是儲存在這里句携。兩座大廠房中間献舍，密密麻麻的管道縱橫交錯，實現(xiàn)“非補燃”技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)施——發(fā)夾式換熱器就在其中宴亦。

“當時我拿到這個圖紙的時候苟及，感覺震驚。各種錯綜復雜的管道牽扯到各個專業(yè)啥闪，消防水管道夷钥、循環(huán)水管道、閉冷水管道以及熱油管道曙悠、冷油管道婿残、電纜的電纜溝……形成了一個相當于五六層立交橋的形式，每一個管道的走向烘韩、用途襟腹、埋深、直徑等都各不相同室用。”林迎虎回憶起初到項目時的情景摊哟，從設(shè)備設(shè)計研發(fā)，到換熱介質(zhì)等卡脖子問題的解決凹蜈，每一步都仍覺不可思議限寞。

在電站廠房內(nèi)，有一個通體白色的“大家伙”仰坦，叫做空氣透平膨脹機。“長9米计雌、高4米悄晃、重超160噸，是目前世界上最大的‘非補燃’式空氣透平設(shè)備凿滤。”提及此妈橄，藺通十分自豪。這一裝置就相當于發(fā)動機翁脆，是發(fā)電的“動力源”眷蚓，“發(fā)電前，空氣透平膨脹機開始暖機升速反番，隨后存儲在鹽穴中的高壓低溫空氣和儲存在導熱油罐中的熱能被同時釋放沙热，電站便開始發(fā)電了。

從項目萌芽罢缸、落地規(guī)劃到初具雛形篙贸、正式投產(chǎn)，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站項目團隊嘗盡了酸甜苦辣：近十年的研發(fā)，歷時兩年建設(shè)踏蚓。

藺通至今仍記得2021年9月30日上午10點激撮，電站發(fā)出第一度電的場景，“集控室內(nèi)惫投，掌聲雷動泉惋，經(jīng)久不息。”

如今蹬谁，已形成具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“非補燃”壓縮空氣儲能技術(shù)體系扔缭，核心設(shè)備實現(xiàn)了100%國產(chǎn)化，申請專利百余項孕序，發(fā)布了國內(nèi)首個壓縮空氣儲能電站KKS編碼類標準……可以說琐幔，項目為新型電力系統(tǒng)構(gòu)建提供了技術(shù)支撐和基礎(chǔ)裝備，助力“碳達峰递市、碳中和”目標的實現(xiàn)为稽。記者了解到，目前唁情，金壇鹽穴壓縮空氣儲能二期項目建設(shè)工作正在加緊推進疑苔。