中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：1月9日，湖北應(yīng)城。
一個(gè)容量為1500兆瓦時(shí)的“超級(jí)充電寶”經(jīng)過3年建設(shè)終于“拔地而起”，實(shí)現(xiàn)全功率并網(wǎng)發(fā)電。這便是湖北應(yīng)城300兆瓦鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
儲(chǔ)能對(duì)于解決新型電力系統(tǒng)的“雙高”問題——高比例的可再生能源、高比例的電力電子設(shè)備和新能源的“三性”問題——波動(dòng)性、間歇性、不穩(wěn)定性至關(guān)重要。
近日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力優(yōu)化專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案（2025-2027年）》。其中指出，到2027年，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力顯著提升，各類調(diào)節(jié)資源發(fā)展的市場(chǎng)環(huán)境和商業(yè)模式更加完善，各類調(diào)節(jié)資源調(diào)用機(jī)制進(jìn)一步完善。通過調(diào)節(jié)能力的建設(shè)優(yōu)化，支撐2025-2027年年均新增2億千瓦以上新能源的合理消納利用，全國(guó)新能源利用率不低于90%。
如何讓電量得到充分利用？這就需要一個(gè)能夠給城市供電的“超級(jí)充電寶”，將高峰期的電量?jī)?chǔ)存起來，在發(fā)電低谷期釋放，平抑新能源發(fā)電的不穩(wěn)定。湖北應(yīng)城300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能電站就是這樣一個(gè)“超級(jí)充電寶”。
用電低谷期，大量空氣通過注采氣井注入，穿越約500米長(zhǎng)的管道，到達(dá)地下鹽穴，將多余的電能以高壓空氣的形式儲(chǔ)存到地下鹽穴中；用電高峰期，這個(gè)“超級(jí)充電寶”再將電能釋放出來。
截至目前，該工程利用湖北省孝感市云應(yīng)地區(qū)廢棄鹽礦洞穴為儲(chǔ)氣庫(kù)，單機(jī)功率達(dá)300兆瓦級(jí)，儲(chǔ)能容量達(dá)1500兆瓦時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率約70%，每天儲(chǔ)能8小時(shí)、釋能5小時(shí)，年均發(fā)電約5億千瓦時(shí)；轉(zhuǎn)化的電量可以滿足75萬居民一年的用電需求。
地上決定好壞，地下決定成敗
中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員楊春和團(tuán)隊(duì)，為湖北應(yīng)城300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能電站工程的地下儲(chǔ)能系統(tǒng)提供全過程技術(shù)支撐，他告訴記者：“地上決定好壞，地下決定成敗。”
整個(gè)鹽穴儲(chǔ)能分為地上和地下兩部分，它們各司其職，對(duì)于鹽穴儲(chǔ)能工程的質(zhì)量都有重要的作用。
地上部分負(fù)責(zé)電力的輸送、運(yùn)轉(zhuǎn)，通過一系列步驟將電能儲(chǔ)存于壓縮空氣中，地上部分的建設(shè)決定了整個(gè)工程的能量轉(zhuǎn)化效率。楊春和介紹，在能量轉(zhuǎn)化效率方面，德國(guó)的亨托夫電站約為42%，美國(guó)麥金托什電站約為54%，而湖北應(yīng)城300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能電站可以達(dá)到70%。
地下部分負(fù)責(zé)儲(chǔ)存壓縮的空氣，地下空間的大小、狀態(tài)和穩(wěn)定性等因素，影響著壓縮空氣儲(chǔ)能電站工程能否成功。湖北應(yīng)城300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能電站地下部分，采用廢棄鹽穴儲(chǔ)存壓縮空氣。
為什么要用鹽穴儲(chǔ)氣？地上建造儲(chǔ)氣罐不行嗎？
楊春和告訴記者，由于鹽穴具有密閉性好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，非常適合壓縮空氣儲(chǔ)能，且鹽穴儲(chǔ)氣技術(shù)在成本和容量上都有優(yōu)勢(shì)。
“鹽穴儲(chǔ)氣技術(shù)將廢棄鹽礦‘變廢為寶’，屬于廢棄資源重新利用，成本較低?！睏畲汉驼f。
廢棄鹽礦的處置本身就是一個(gè)難題。楊春和說，開采鹽礦產(chǎn)生的空腔如果處置不恰當(dāng)，容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，為了保證廢棄鹽礦的穩(wěn)定性，各種處置方法耗資不少，卻往往難以產(chǎn)生效益。而空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)將鹽穴填滿壓縮空氣，可達(dá)到70-90個(gè)大氣壓，不僅讓廢棄鹽礦能夠保持穩(wěn)定，還可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
“地上建造儲(chǔ)氣罐成本非常高，并不適用?！蔽錆h巖土所研究員、湖北應(yīng)城300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能電站工程負(fù)責(zé)人馬洪嶺介紹，利用鹽礦儲(chǔ)氣，每立方米容量成本約6000元，而地上打造儲(chǔ)氣罐成本約是鹽礦儲(chǔ)氣的50倍。
此外，地下建造儲(chǔ)氣裝置也具有可行性。在地下打造人工硐室進(jìn)行壓縮空氣儲(chǔ)能，成本能達(dá)到約8000元每立方米，相比之下十分劃算。
不過，并非所有鹽礦都能用作壓縮空氣儲(chǔ)能。在湖北應(yīng)城，楊春和院士團(tuán)隊(duì)篩選了100多個(gè)鹽穴，只有10個(gè)可以用于儲(chǔ)氣。
由于礦產(chǎn)需求量大、采礦業(yè)迅速發(fā)展，我國(guó)有很多地下礦洞，但是能夠用于壓縮空氣儲(chǔ)能的十分稀少。部分礦洞四通八達(dá)，密閉性差，無法使用；部分礦洞容量較小，鹽穴體積如果達(dá)不到60萬立方米，無法支撐300兆瓦電站的容量；所在地深度小于500米的鹽穴無法承受壓縮空氣的壓力，而深度大于1500米的鹽穴又會(huì)因?yàn)榈貞?yīng)力過大，導(dǎo)致地上壓縮機(jī)無法維持足夠的壓力……
合適的鹽礦不容易找，楊春和院士團(tuán)隊(duì)提出在鹽礦的開采階段就作好規(guī)劃。他們積極尋找正在開采和即將開采的鹽礦，在鹽礦開采階段布局，將鹽礦打造為適合儲(chǔ)氣的狀態(tài)，開采結(jié)束后可直接進(jìn)行儲(chǔ)氣，充分利用鹽礦資源。
上天不易，下地更難
“上天不易，下地更難?！瘪R洪嶺發(fā)出感慨。
他解釋：地下工程的個(gè)性大于共性，各地的地下條件不同，巖石性質(zhì)、地下腔體狀況等各有特色，“即使在某地找到了規(guī)律，換個(gè)地方就不一定適用了”。
高位注氣、低位排鹵示意圖。中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所供圖
地下鹽礦位于地下幾百米甚至上千米，沒有人知道它真正的樣子。關(guān)于地下鹽礦沉渣的狀態(tài)，學(xué)術(shù)界眾說紛紜，有的專家認(rèn)為地下鹽礦中充滿淤泥，有的專家認(rèn)為沉渣是沙子，而武漢巖土所團(tuán)隊(duì)更傾向于主要是大尺寸的石塊。想把泥狀物中的鹵水排出非常困難，如果不可以，鹽穴中可利用空間就會(huì)很少，儲(chǔ)能便無從談起。
在正式進(jìn)行工程試驗(yàn)時(shí)，馬洪嶺等人已經(jīng)做過科學(xué)實(shí)驗(yàn)，證明地下鹽穴中屬于大尺寸石塊和鹵水并存的形態(tài)。但是僅在理論上證明并不能服眾，沒有進(jìn)行工程試驗(yàn)，很多人并不相信這個(gè)結(jié)果。
于是楊春和院士團(tuán)隊(duì)開展了幾次大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，直到2022年，楊春和院士團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)全國(guó)幾乎業(yè)內(nèi)的所有專家來到武漢，共享“注氣排鹵”的成果。
團(tuán)隊(duì)提前規(guī)劃好注氣排鹵的路線，通過壓縮機(jī)把空氣壓縮到地下鹽腔里，通過空氣的壓力，將鹵水成功排出，最快時(shí)每天能夠排出5000多立方米鹵水。
試驗(yàn)的成功讓科學(xué)界關(guān)于地下鹽腔沉渣狀態(tài)的學(xué)說從此統(tǒng)一。
這次試驗(yàn)最終證明地下鹽腔中確實(shí)是沉積巖和鹵水并存的形態(tài)，論證了沉渣空間低位排鹵的可行性，實(shí)現(xiàn)了鹽穴沉渣空間利用“零的突破”，將鹽穴地下空間利用率從20%提高到70%。
馬洪嶺說，壓裂形成的鹽穴老腔具有形態(tài)差、難利用的特點(diǎn)。武漢巖土所通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證出鹽穴腔體具有良好的密封性，具備利用的潛力。隨后又在實(shí)踐中證明了利用水平壓裂形成的鹽穴水平老腔可以用于地下儲(chǔ)能，開辟了利用壓裂形成的鹽穴水平腔的新道路，為我國(guó)鹽穴采空區(qū)的大規(guī)模利用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
自主研發(fā)破局，推動(dòng)鹽穴儲(chǔ)氣發(fā)展
“這是我們自主研發(fā)的鹽巖儲(chǔ)庫(kù)造腔模擬實(shí)驗(yàn)裝置SCLS-400；這是1981年進(jìn)口的巖石三軸試驗(yàn)儀，兩三年修一次，現(xiàn)在還能用。”在介紹各種實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，楊春和能準(zhǔn)確地說出年份和狀況。
武漢巖土所研究員王同濤回憶道，因?yàn)辂}巖腐蝕性強(qiáng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器損耗大，國(guó)外公司不愿意將實(shí)驗(yàn)儀器借給團(tuán)隊(duì)。為了能夠順利進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在楊春和的帶領(lǐng)下，研究團(tuán)隊(duì)與企業(yè)合作，自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器。經(jīng)過不懈的努力，儀器研發(fā)成功，實(shí)驗(yàn)得以順利推進(jìn)。
此外，楊春和還推動(dòng)形成了鹽穴儲(chǔ)氣5項(xiàng)相關(guān)行業(yè)規(guī)范。
湖北應(yīng)城300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能電站等鹽穴儲(chǔ)氣項(xiàng)目的成功，實(shí)現(xiàn)了“從0到1”的突破。楊春和提出，不僅要做到“從0到1”，更要做到“從1到0”，要在工程成功的基礎(chǔ)上回歸理論，檢查工程中還有哪些問題沒有解決，在基礎(chǔ)理論上進(jìn)行研究突破。
中國(guó)能建首席專家，數(shù)科集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)萬明忠認(rèn)為，該項(xiàng)工程還要做到“從1到100”，解決鹽穴儲(chǔ)氣工程產(chǎn)業(yè)化的問題，推動(dòng)鹽穴儲(chǔ)氣技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。
目前，這項(xiàng)鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，已應(yīng)用于我國(guó)在建及擬建的鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站，包括湖北應(yīng)城、湖南衡陽、河南平頂山等地18座鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站，累計(jì)總功率達(dá)1950兆瓦。
“鹽穴儲(chǔ)氣技術(shù)不只可以用來進(jìn)行壓縮空氣儲(chǔ)能，也能夠用于儲(chǔ)存氫氣、氦氣、天然氣等重要資源?！睏畲汉屯嘎?，作為能源儲(chǔ)備的理想地質(zhì)體，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)鹽穴儲(chǔ)油、儲(chǔ)氣、儲(chǔ)氫、儲(chǔ)氦等領(lǐng)域也開展了工作，相關(guān)研究和應(yīng)用已取得一系列重要進(jìn)展。
