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(qū)動世界最大的空氣透平做功，向國家電網(wǎng)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(wǎng)試驗成功！標志著我國新型儲能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用取得重大進展。
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)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(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，隨著光伏和海上風(fēng)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?cè)萘康?2.8%。然而，新能源“看天吃飯”的特性使得電網(wǎng)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(shè)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(shù)，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(wǎng)削峰填谷，提升電網(wǎng)調(diào)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(shù)。
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(shè)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(zhì)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(shù)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(shù)，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(shù)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(chǎn)生大量的熱能，這些熱能通過熱交換設(shè)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(zhuǎn)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(shù)后，可將電能轉(zhuǎn)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(xué)家，青海大學(xué)副校長、清華大學(xué)教授梅生偉介紹，此次并網(wǎng)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(shè)備的研制成果，為非補燃壓縮空氣儲能技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，是壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的重要里程碑，將為我國壓縮空氣儲能乃至能源產(chǎn)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(lǐng)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(xué)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(shè)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(shè)備均為國產(chǎn)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(shù)，承擔地下儲氣庫建設(shè)；中國華能發(fā)揮電力專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，承擔項目的建設(shè)和運維。
同時，項目建設(shè)還集結(jié)了我國能源行業(yè)的“國家隊”：國家電網(wǎng)、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(shè)。
在“中國創(chuàng)造”實踐方面，該項目依托清華大學(xué)非補燃壓縮空氣儲能技術(shù)，申請專利百余項，建立了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)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(shè)備，實現(xiàn)了主裝備完全國產(chǎn)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(wǎng)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(shù)，從“計算公式”落地為“設(shè)計圖紙”，經(jīng)建設(shè)安裝成為“廠房設(shè)備”，經(jīng)調(diào)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(shù)流程的成功驗證。
