中國儲能網(wǎng)訊：壓縮空氣儲能具有規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染、安全可靠等優(yōu)點，正在從示范應(yīng)用逐步走向市場。
據(jù)科技日報，近日，華能金壇鹽穴壓縮空氣儲能發(fā)電二期項目在江蘇常州正式開工，這是目前世界上單機功率最大、總?cè)萘孔畲蟆⒕C合效率最高的壓縮空氣儲能電站。
華能金壇鹽穴壓縮空氣儲能發(fā)電二期項目規(guī)劃建設(shè)兩套35萬千瓦非補燃式壓縮空氣儲能機組，鹽穴總?cè)莘e達120萬立方米。項目建成后，一次充電可儲存電量280萬千瓦時，年預(yù)計充放電330次，相當于節(jié)約標準煤27萬噸、減少二氧化碳排放52萬噸。
作為江蘇省重大項目和華能集團“十大科技專項”重點任務(wù)，該項目研發(fā)制造出世界最先進的空氣透平和壓縮機組，實現(xiàn)核心設(shè)備的100%國產(chǎn)化。
作為一種物理儲能技術(shù)，壓縮空氣儲能是通過物理變化即對空氣的壓縮和膨脹來實現(xiàn)能量的儲存和釋放。在儲能階段，利用電網(wǎng)富余電力驅(qū)動電動機帶動壓縮機，把常壓空氣壓縮成高壓狀態(tài)，儲存到地下鹽穴，完成由電能向勢能的轉(zhuǎn)化。當電力緊張時釋放高壓空氣，推動膨脹機做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，對電網(wǎng)進行調(diào)峰，實現(xiàn)調(diào)度。與電化學(xué)儲能相比，壓縮空氣儲能技術(shù)使用壽命更長，可達30年至50年，因而成本更低。
世界上第一座投入商業(yè)運行壓縮空氣儲能電站是德國Kraftwerk Huntorf電站，于1978年投入使用。其機組的壓縮機功率為60MW，釋能輸出功率為290MW，該電廠在2007年進行了改造，實施改造是為了實現(xiàn)更高的功率，最高可達320MW，能源效率(RTE)為42%。在該電廠中，壓縮空氣儲存在兩個約310000m3的鹽穴中，運行壓力為43~70bar（4.3MPa~7MPa），深度為600m。該電站運行至今，主要用于熱備用和平滑負荷。
在非高峰負荷期間，電機消耗電力來壓縮空氣并將其儲存在地下鹽穴中。之后在高峰負荷期間，該過程將逆向進行，將壓縮空氣與天然氣混合并燃燒以產(chǎn)生電力。燃氣輪機通常使用約2/3的功率輸出來壓縮燃燒空氣，因此當壓縮機由儲存的壓縮空氣供應(yīng)并與膨脹機分離時，額定功率將增大3倍。與傳統(tǒng)燃氣輪機相比，該工廠每千瓦時消耗的天然氣僅為1/3，因此效率更高，污染物排放量更少。
圖3 德國Kraftwerk Huntorf壓縮空氣儲能電站能量轉(zhuǎn)換示意圖
表1 德國Kraftwerk Huntorf壓縮空氣儲能電站運行基本參數(shù)
美國在1991年投運了Alabama州的McIntosh壓縮空氣儲能電站，該項目是世界上第二個壓縮空氣儲能項目,建設(shè)成本估計為6500萬美元.壓縮空氣儲存在深度約450米，上下高差約300米，寬約60米，容積約538000m3的鹽穴中,壓縮空氣儲氣壓力為7.5MPa。該電站輸出功率為110MW，壓縮機組功率為50MW，運行效率54%，，可實現(xiàn)連續(xù)41小時空氣壓縮和26小時發(fā)電，機組從啟動到滿負荷運轉(zhuǎn)約需9分鐘。
2001年，日本上砂川盯壓縮空氣儲能示范項目于北海道空知郡投入運行。輸出功率為 4MW，儲氣庫利用廢棄的煤礦巷道，巷道直徑6m，長57m，埋450m，容積約1600m3，最大內(nèi)壓8MPa，隧道內(nèi)襯為0.7m厚的混凝土。襯砌為分塊式混凝土預(yù)制塊，混凝土塊之間設(shè)置接縫填充物，分塊式混凝土層外側(cè)為回填混凝土層，內(nèi)襯由3層3mm厚的丁基橡膠和尼龍加強網(wǎng)組成。此外，日本還在神岡進行了采用水幕密封無襯砌洞室的示范研究項目。
總部位于多倫多的HYDROSTOR公司是開發(fā)長時儲能技術(shù)的企業(yè)之一，該公司的儲能技術(shù)已超越實驗室規(guī)模，目前正專注于打造大型儲能系統(tǒng)。該公司制造的系統(tǒng)以壓縮空氣的形式將能量儲存在地下，HYDROSTOR的第一個上線大型項目可能是澳大利亞銀城能源存儲中心，該中心將能夠以200兆瓦的功率放電長達8小時。該項目建設(shè)工作于2024年底開始，該工廠將于2027年中期投入運營。
下一個項目將是位于加州克恩縣羅莎蒙德附近的Willow Rock能源存儲中心，其容量為500兆瓦，能夠以該水平運行八小時。HYDROSTOR計劃于明年年底開始建設(shè)，并在2030年前投入運營。與其他一些長期儲能公司不同，HYDROSTOR已經(jīng)證明了其技術(shù)。該公司自2019年以來在安大略省戈德里奇運營著一座1.75兆瓦的小型發(fā)電廠，每次可運行約6小時。
壓縮空氣儲能技術(shù)被比喻為“空氣充電寶”，具有規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染、安全可靠等優(yōu)點。近年來，新型儲能技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)，技術(shù)路線“百花齊放”，壓縮空氣儲能憑借多項優(yōu)勢，正在從示范應(yīng)用逐步走向市場。
2024年4月30日，在山東省泰安市肥城經(jīng)開區(qū)儲能產(chǎn)業(yè)園，國際首套300MW/1800MWh先進壓縮空氣儲能國家示范電站首次并網(wǎng)發(fā)電并一次成功，這是全球規(guī)模最大的壓縮空氣儲能項目,也是國內(nèi)新型儲能技術(shù)應(yīng)用的一個里程碑,將提高國內(nèi)新能源的消納能力。300兆瓦先進壓縮空氣儲能國家示范電站基于中國科學(xué)院工程熱物理研究所原創(chuàng)提出的先進壓縮空氣儲能技術(shù)建設(shè),在用電低谷時,利用電能將常壓空氣進行壓縮并儲存在地下鹽穴中,同時將壓縮儲氣過程中產(chǎn)生的熱量回收;在用電高峰期,地下鹽穴的高壓空氣會被釋放,攜帶儲存的熱量一起推動膨脹機做功并帶動發(fā)電機發(fā)電,就像一個“超級充電寶”。該電站建設(shè)規(guī)模為300兆瓦/1800兆瓦時,可實現(xiàn)連續(xù)放電6小時,年發(fā)電約6億度,能保障超過20萬戶家庭的用電需求。儲1度電最終能放出0.72度電,可有效提升區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰能力,促進風(fēng)電、光電等新能源消納,每年可節(jié)約標準煤約18.9萬噸,減少二氧化碳排放約49萬噸。
壓縮空氣儲能技術(shù)作為清潔高效的能源儲存方式，不僅有助于降低溫室氣體排放，減緩氣候變化，還具備高靈活性、強適應(yīng)性和長壽命等優(yōu)勢，適用于不同規(guī)模的能源儲存需求。在發(fā)電、輸電和消費側(cè)，壓縮空氣儲能技術(shù)都能發(fā)揮重要作用，提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低用電成本。盡管面臨系統(tǒng)效率、成本等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)進步和政策支持，壓縮空氣儲能技術(shù)技術(shù)有望未來推動清潔能源領(lǐng)域的發(fā)展。
