據(jù)央視近日?qǐng)?bào)道，我國(guó)自主研發(fā)的首套10兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)4000個(gè)小時(shí)的試驗(yàn)運(yùn)行，在貴州畢節(jié)正式并網(wǎng)發(fā)電。8月31日，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目并網(wǎng)試驗(yàn)成功，這是世界首座非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站。
一個(gè)個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能電站并網(wǎng)試驗(yàn)成功，標(biāo)志著我國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用取得重大突破。政策的支持，也為壓縮空氣儲(chǔ)能提供了良好的發(fā)展環(huán)境。
01
什么是壓縮空氣儲(chǔ)能？
從能量的角度分類(lèi)，儲(chǔ)能技術(shù)主要可以分為熱儲(chǔ)能、電儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能幾大類(lèi)，其中電儲(chǔ)能包括機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能，是最常用的儲(chǔ)能方式。壓縮空氣儲(chǔ)能屬于機(jī)械儲(chǔ)能。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)是從上世紀(jì)50 年代發(fā)展起來(lái)的，世界上最先商業(yè)運(yùn)行的兩個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能電站，分別是德國(guó)的Huntorf電站、美國(guó)Mcintosh電站。
△德國(guó)Huntorf電站
壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是以高壓空氣壓力能作為能量?jī)?chǔ)存形式，并在需要時(shí)通過(guò)高壓空氣膨脹做功來(lái)發(fā)電的系統(tǒng)，其技術(shù)原理發(fā)展自燃?xì)廨啓C(jī)。
△壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)
圖源：中科院之聲
壓縮空氣儲(chǔ)能是一種能夠?qū)崿F(xiàn)大容量和長(zhǎng)時(shí)間電能存儲(chǔ)的技術(shù)。
工作原理是：電網(wǎng)負(fù)荷低谷期用電能將空氣高壓密封在礦井、氣井、山洞或儲(chǔ)氣罐中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)成熟，在規(guī)模上僅次于抽水蓄能，如德國(guó)一座電站的規(guī)模達(dá)到290MW。
△壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)
壓縮空氣儲(chǔ)能目前還是新儲(chǔ)能技術(shù)，在2020年全球儲(chǔ)能裝機(jī)占比0.2%，國(guó)內(nèi)裝機(jī)占比僅0.03%。
圖片
△2020年壓縮空氣儲(chǔ)能裝機(jī)比例
傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)必須同燃?xì)廨啓C(jī)電站配套使用，依賴燃燒化石燃料提供熱源，而且需要特定的地理?xiàng)l件建造大型儲(chǔ)氣室，從而限制了其應(yīng)用范圍。2020年后，超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)（10MW/100MWh和100MW/800MWh）實(shí)現(xiàn)突破，并進(jìn)行了項(xiàng)目示范。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)以其儲(chǔ)能容量大、壽命長(zhǎng)、效率高、安全可靠等特點(diǎn)被視為一種極具潛力的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。2025年之前有望實(shí)現(xiàn)應(yīng)用推廣。
02
中國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能
2019年月31日，工信部發(fā)布《首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄（2019年版）》，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)也被列入。要求每套額定功率≥100MW；系統(tǒng)效率≥65%；壽命≥30 年。
7月23日，發(fā)改委、能源局印發(fā)《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》明確，堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化，推動(dòng)鋰離子電池等相對(duì)成熟新型儲(chǔ)能技術(shù)成本持續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)壓縮空氣、液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期。
10月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》明確，加強(qiáng)電化學(xué)、壓縮空氣等新型儲(chǔ)能技術(shù)攻關(guān)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
2013年至今，國(guó)內(nèi)多個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目落地。
2013年
廊坊1.5MW超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目
國(guó)內(nèi)第一套1.5MW超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，由中科院工程熱物理研究所承擔(dān)的北京市科技計(jì)劃重大課題“超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)研制”項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助，于2013年在河北廊坊建成，系統(tǒng)效率達(dá)到了52.1%，被評(píng)價(jià)為“我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能的一項(xiàng)重要突破，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。
2014年
安徽蕪湖500kW壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目
項(xiàng)目由國(guó)家電網(wǎng)投資3000萬(wàn)元興建，項(xiàng)目技術(shù)參與單位包括中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所、清華大學(xué)電機(jī)系儲(chǔ)能團(tuán)隊(duì)及中國(guó)電力科學(xué)研究院等單位，項(xiàng)目于2014年11月首次發(fā)電成功，儲(chǔ)能效率為33%。
2017年
貴州畢節(jié)10MW壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目
該項(xiàng)目在2017年5月開(kāi)始系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，于2021年10月正式并網(wǎng)發(fā)電。項(xiàng)目在滿負(fù)荷發(fā)電狀態(tài)下，每小時(shí)可發(fā)1萬(wàn)度的電能，能同時(shí)滿足3000多戶居民的用電需要，并起到電網(wǎng)調(diào)峰的作用。該10兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)最大儲(chǔ)能容量40兆瓦時(shí)，最大發(fā)電功率10兆瓦，系統(tǒng)額定效率為60.2%。
2018年
同里綜合能源服務(wù)中心內(nèi)500kW液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目
該項(xiàng)目是國(guó)家電網(wǎng)在江蘇省蘇州市吳江區(qū)同里鎮(zhèn)建設(shè)的綜合能源服務(wù)中心內(nèi)的500kW液態(tài)空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，可為園區(qū)提供500kWh電力，夏季供冷量約2.9GJ/天，冬季供暖量約4.4GJ/天。
2021年
山東肥城壓縮空氣儲(chǔ)能調(diào)峰電站項(xiàng)目
項(xiàng)目于2020年底開(kāi)工建設(shè)，2021年9月23日一期10MW機(jī)組建成并網(wǎng)。該項(xiàng)目是山東省2020年重大項(xiàng)目，由葛洲壩中科儲(chǔ)能技術(shù)有限公司提供設(shè)備、技術(shù)并負(fù)責(zé)工程實(shí)施。電站地上部分占地20畝，地下部分利用“東采1-2-3-4”四口井建設(shè)1個(gè)總?cè)萘?0萬(wàn)立方米鹽穴腔體，可容載裝機(jī)200MW以上。
2021年
金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目
項(xiàng)目位于江蘇常州金壇區(qū)，項(xiàng)目采用中鹽集團(tuán)地下鹽礦采鹽形成的廢棄空穴作為儲(chǔ)氣空間。預(yù)計(jì)投資將達(dá)55億元，分三期進(jìn)行。由中鹽集團(tuán)、清華大學(xué)及中國(guó)華能三方共同投資建設(shè)，該項(xiàng)目于2017年5月27日獲國(guó)家能源局批復(fù)，于2018年12月25日開(kāi)工建設(shè)，2021年9月30日并網(wǎng)。
在建
張家口百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目
2021年9月，張家口100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目定子吊裝成功，各項(xiàng)工作進(jìn)展順利。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為100MW/400MWh，系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率70.4%，項(xiàng)目建設(shè)地為河北省張家口市張北縣廟灘云計(jì)算產(chǎn)業(yè)園，占地85畝。項(xiàng)目由張北巨人能源有限公司（巨人集團(tuán)）投資，由中儲(chǔ)國(guó)能提供全套設(shè)備，技術(shù)來(lái)源為中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所。
中儲(chǔ)國(guó)能田雨表示，目前從已建成和在建的項(xiàng)目來(lái)看，兆瓦級(jí)的系統(tǒng)效率可達(dá)52.1%，10兆瓦的系統(tǒng)效率可達(dá)60.2%，百兆瓦級(jí)別以上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率可以達(dá)到70%，先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率能夠逼近75%。系統(tǒng)規(guī)模增加后，單位投資成本也持續(xù)下降，系統(tǒng)規(guī)模每提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，單位成本下降可達(dá)30%左右。
系統(tǒng)效率的提升以及成本的下降，是壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)化發(fā)展的基礎(chǔ)。
03
一個(gè)典型項(xiàng)目
金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目是壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域唯一的國(guó)家示范工程，也是江蘇省2019、2020年重點(diǎn)項(xiàng)目。一期工程發(fā)電裝機(jī)60兆瓦，儲(chǔ)能容量300兆瓦時(shí)，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模1000兆瓦。
項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了主裝備完全國(guó)產(chǎn)化，在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域拉開(kāi)了”中國(guó)創(chuàng)造“的實(shí)踐。
△金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目
項(xiàng)目在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期使用電能，將空氣高壓密封在地下1000米的鹽穴中，待電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。此外，該技術(shù)還將壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的熱能收集和存儲(chǔ)起來(lái)，待釋能時(shí)用來(lái)加熱進(jìn)入膨脹機(jī)做功的空氣，將電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上，全過(guò)程無(wú)燃燒、無(wú)排放。
△鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)流程
金壇項(xiàng)目地下鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)約1000萬(wàn)立方米，理論上可以建設(shè)超過(guò)4000兆瓦的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
作為世界首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站，項(xiàng)目所有主設(shè)備均為國(guó)產(chǎn)首臺(tái)套。項(xiàng)目建設(shè)除了承擔(dān)方中鹽集團(tuán)、中國(guó)華能集團(tuán)、清華大學(xué)外，還集結(jié)了國(guó)家電網(wǎng)、東方電氣、哈爾濱電氣、上海電氣、中國(guó)能建、中國(guó)電建、中國(guó)石油、中國(guó)石化、沈鼓集團(tuán)和浙建集團(tuán)等各方力量。
△金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目全景圖
項(xiàng)目研發(fā)了高負(fù)荷離心壓縮機(jī)、高參數(shù)換熱器、大型空氣透平等核心設(shè)備，實(shí)現(xiàn)主裝備完全國(guó)產(chǎn)化。此外，還發(fā)布了我國(guó)首個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能電站KKS編碼標(biāo)準(zhǔn)，立項(xiàng)壓縮空氣儲(chǔ)能首個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、首個(gè)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及3個(gè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，逐漸形成中國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系。
在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域，中國(guó)逐漸走出了自己的創(chuàng)新道路。
04、結(jié)尾
雙碳目標(biāo)下，傳統(tǒng)能源時(shí)代正在加速結(jié)束，全面發(fā)展新能源已成大勢(shì)所趨。但是，利用風(fēng)光等可再生能源發(fā)電存在不穩(wěn)定、間接性、不可控性等問(wèn)題，儲(chǔ)能是解決這些問(wèn)題的重要手段。
目前除儲(chǔ)能主力軍抽水蓄能、生力軍電化學(xué)儲(chǔ)能外，還有壓縮空氣儲(chǔ)能、熔融鹽儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、混凝土塊積木式重力儲(chǔ)能、水力巖石重力儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能等多種頗具想象力的新型儲(chǔ)能技術(shù)，這些新型儲(chǔ)能技術(shù)已陸續(xù)在新能源側(cè)應(yīng)用落地。
2018年12月，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所成立100MW壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化公司——中儲(chǔ)國(guó)能。去年底，中儲(chǔ)國(guó)能獲得了由中科創(chuàng)星、株洲高科領(lǐng)投的1.6億元天使輪投資；今年10月，完成1.8億元的Pre-A輪融資。研究所現(xiàn)已突破了1100MW級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，整體研發(fā)進(jìn)程及系統(tǒng)性能均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、資本青睞，讓壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)化進(jìn)程得到提速。
儲(chǔ)能賽道持續(xù)升溫，新型儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，還可能創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)鏈，開(kāi)拓更多新機(jī)會(huì)。
超大號(hào)電池——壓縮空氣儲(chǔ)能，你看好嗎？
