科技日報記者 張曄
9月30日上午9時47分，壓力超過100個大氣壓的空氣從地下千米深處的鹽穴奔涌而出，驅動世界最大的空氣透平做功，向國家電網發(fā)出我國首個大型壓縮空氣儲能電站第一度電。世界首個非補燃壓縮空氣儲能電站——江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目并網試驗成功！標志著我國新型儲能技術的研發(fā)和應用取得重大進展。
中國科學院院士、清華大學教授盧強等在現(xiàn)場見證了這一重要時刻。
什么是鹽穴壓縮空氣儲能
儲能是構建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的關鍵技術。近年來，隨著光伏和海上風電的大規(guī)模開發(fā)，我國清潔能源裝機容量迅猛增加。以江蘇為例，截至2020年底已突破4000萬千瓦，占全省發(fā)電裝機總容量的22.8%。然而，新能源“看天吃飯”的特性使得電網出現(xiàn)較大峰谷差，面臨巨大的新能源消納和電力供需平衡壓力。
目前，利用抽水蓄能實現(xiàn)電能大規(guī)模儲存和“削峰填谷”，是較普遍的解決方案。但是，抽水蓄能對項目選址要求較高，投資大、建設周期長。目前江蘇省抽水蓄能資源幾乎已開發(fā)殆盡。
相比之下，地下鹽穴儲能壽命長、成本低、安全環(huán)保、占地面積小，成為大規(guī)模儲能發(fā)展的重要方向。鹽穴是水溶采鹽后形成的巨大腔穴，具有容積大、密閉好、穩(wěn)定性高的天然優(yōu)勢，可為壓縮空氣儲能提供優(yōu)良的儲氣條件。
鹽穴壓縮空氣儲能是一種利用地下鹽穴儲氣的大容量物理儲能技術，其利用低谷電能將空氣壓縮到鹽穴中，用電高峰時再釋放壓縮空氣發(fā)電，從而實現(xiàn)電網削峰填谷，提升電網調節(jié)能力和新能源消納能力。具有容量大、壽命長、安全環(huán)保等優(yōu)勢，是一種極具發(fā)展前景的大規(guī)模清潔物理儲能技術。
目前，金壇擁有地下鹽穴儲氣庫約1000萬立方米，理論上可以建設超過4000兆瓦的壓縮空氣儲能電站。這些鹽穴在地下1000米深處，地質條件穩(wěn)定，腔穴形態(tài)優(yōu)異，壓縮空氣注入其中不會發(fā)生泄露。
非補燃技術實現(xiàn)零碳排放
該項目與國外同類電站相比，最大創(chuàng)新點是在世界上首次采用非補燃技術，在壓縮空氣發(fā)電過程中不依賴外界能源，從而實現(xiàn)零碳排放。
據(jù)技術人員介紹，該項目在夜晚電力較為富余時，將空氣壓縮注入地下鹽穴，壓縮過程中會產生大量的熱能，這些熱能通過熱交換設備儲存在油罐中。到了白天電力需求較大時，壓縮空氣被釋放出來，并利用油罐中的熱能加熱，進入透平（一種氣輪機）發(fā)電。
目前，當前國際上投入商運的2套壓縮空氣儲能系統(tǒng)為補燃式，去除化石燃料部分其電能轉換效率只有20%左右。金壇鹽穴壓縮空氣儲能工程采用非補燃式技術后，可將電能轉換效率提升至60%以上，全過程無燃燒、無排放。
該項目首席科學家，青海大學副校長、清華大學教授梅生偉介紹，此次并網試驗成功驗證了鹽穴儲氣、儲熱換熱、新型空氣透平發(fā)電系統(tǒng)所有首臺套設備的研制成果，為非補燃壓縮空氣儲能技術的商業(yè)化應用奠定了基礎，是壓縮空氣儲能技術研發(fā)和應用的重要里程碑，將為我國壓縮空氣儲能乃至能源產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供強有力支撐。
該項目于2017年獲國家能源局立項，是壓縮空氣儲能領域唯一國家示范項目，也是國家能源局和江蘇省重點推進項目，由中鹽集團、中國華能集團和清華大學共同開發(fā)，一期工程發(fā)電裝機60兆瓦，儲能容量300兆瓦時，遠期建設規(guī)模1000兆瓦。
中國創(chuàng)造與中國制造齊頭并進
作為世界首個非補燃壓縮空氣儲能電站，該項目所有主設備均為國產首臺套。項目承擔方充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，中鹽集團利用先進的造腔和注采技術，承擔地下儲氣庫建設；中國華能發(fā)揮電力專業(yè)技術優(yōu)勢，承擔項目的建設和運維。
同時，項目建設還集結了我國能源行業(yè)的“國家隊”：國家電網、東方電氣、哈爾濱電氣、上海電氣、中國能建、中國電建、中國石油、中國石化、沈鼓集團和浙建集團均參與了項目建設。
在“中國創(chuàng)造”實踐方面，該項目依托清華大學非補燃壓縮空氣儲能技術，申請專利百余項，建立了具有完全自主知識產權的技術體系；研發(fā)了高負荷離心壓縮機、高參數(shù)換熱器、大型空氣透平等核心設備，實現(xiàn)了主裝備完全國產化。在 “中國標準”創(chuàng)建方面，該項目發(fā)布了我國首個壓縮空氣儲能電站KKS編碼標準，立項壓縮空氣儲能首個國家標準、首個電力行業(yè)標準，以及3個團體標準，逐漸形成中國壓縮空氣儲能標準體系。
負責該項目基建和運維的華能金陵電廠專業(yè)團隊介紹，本次并網試驗標志著項目三方團隊已將鹽穴壓縮空氣儲能這一新型儲能技術，從“計算公式”落地為“設計圖紙”，經建設安裝成為“廠房設備”，經調試運行發(fā)出“第一度電”，是對大型非補燃壓縮空氣儲能電站技術流程的成功驗證。
