中國儲能網(wǎng)訊:江蘇是我國新能源大省。截至2024年3月底,該省風(fēng)電和光伏裝機容量達到6708.32萬千瓦,在總裝機容量中占比升至36.45%。這樣大體量、高比例的新能源裝機給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和靈活調(diào)節(jié)帶來巨大挑戰(zhàn)。
儲能是提高電力系統(tǒng)靈活性、穩(wěn)定性的有效手段之一。然而,由于江蘇地勢較為平坦,傳統(tǒng)的抽水蓄能發(fā)展受限,裝機量遠不如廣東、浙江、河北等其他新能源大省?!叭绾我虻刂埔税l(fā)展新型儲能”成為江蘇建設(shè)新型電力系統(tǒng)的一道必答題。
地上無山,地下有穴。江蘇是我國井鹽資源大省,采鹽后形成的地下洞穴為新型儲能開辟道路。
2022年5月26日,位于江蘇省常州市的金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目(以下簡稱“金壇示范項目”)正式投運。這是世界首個非補燃壓縮空氣儲能電站,也是我國壓縮空氣儲能領(lǐng)域首個國家示范項目。該項目由中國鹽業(yè)集團有限公司(以下簡稱“中鹽集團”)、中國華能集團有限公司(以下簡稱“中國華能”)、清華大學(xué)合作共建。
“大力發(fā)展鹽穴綜合利用,對于我國能源儲備安全、清潔能源利用具有積極而現(xiàn)實的意義,也是中鹽集團落實供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,實現(xiàn)鹽行業(yè)價值創(chuàng)新的重要途徑,已成為中鹽集團‘十四五’時期一項重要戰(zhàn)略安排?!敝宣}集團黨委書記、董事長李耀強說。
新的機遇
中鹽集團以金壇為根據(jù)地,在鹽穴綜合利用領(lǐng)域布局已久。
鹽穴是利用水溶開采方式在地下較厚的鹽層采礦后形成的地下洞穴。對閑置的鹽穴進行綜合利用,既節(jié)約了投資,又可以穩(wěn)定地質(zhì)結(jié)構(gòu),同時也為油、氣、電等能源的儲備提供成熟的經(jīng)驗。
中鹽鹽穴綜合利用股份有限公司(以下簡稱“中鹽鹽穴”)黨總支書記、常務(wù)副總經(jīng)理謝衛(wèi)煒告訴《國資報告》記者,2000年國家啟動“西氣東輸”工程后,中國石油與中鹽集團探討在中國建設(shè)鹽穴儲氣項目的可行性,這項技術(shù)當(dāng)時在歐美國家已有成熟應(yīng)用。
經(jīng)過多年探索,2007年2月,中鹽集團與中國石油合作建設(shè)的西氣東輸鹽穴儲氣庫正式投產(chǎn)注氣,被稱為“中國鹽穴儲氣第一庫”。該儲氣庫現(xiàn)已發(fā)展為國家管網(wǎng)西氣東輸鹽穴儲氣庫群。
中鹽集團在鹽穴儲氣領(lǐng)域的“朋友圈”不斷擴大。除中國石油(后相關(guān)資產(chǎn)劃歸國家管網(wǎng)集團)外,中國石化也與之合作,于2016年6月合作建設(shè)投產(chǎn)了川氣東送配套工程首個鹽穴儲氣庫。
下游燃氣企業(yè)也聞風(fēng)而動。中國市場五大城燃集團之一——港華燃氣與中鹽集團合作建設(shè)了港華燃氣儲氣庫。該項目于2018年10月投產(chǎn),是國內(nèi)城鎮(zhèn)燃氣首個鹽穴庫及商業(yè)儲氣項目。
為加快發(fā)展鹽穴綜合利用業(yè)務(wù),2021年8月,中鹽集團成立了專門的二級公司中鹽鹽穴。依托近20年實踐,中鹽鹽穴具備了勘探、施工、設(shè)計、造腔、運行及監(jiān)測等一整套鹽穴儲氣庫建設(shè)技術(shù)和豐富的工程建設(shè)經(jīng)驗。2022年1月,港華金壇鹽穴儲氣庫項目獲得“第十九屆中國土木工程詹天佑獎”。
中鹽集團及新成立的中鹽鹽穴積極探索鹽穴利用的新技術(shù)與新方向。
“雙碳”目標提出后,我國新能源行業(yè)迎來跨越式發(fā)展,新型儲能也隨之水漲船高。
何謂儲能?傳統(tǒng)的煤電類似于紡織品,不受產(chǎn)地和時間限制,可按需定產(chǎn);風(fēng)電、光伏等新能源類似于農(nóng)產(chǎn)品,受產(chǎn)地、時間等限制,難以按需定產(chǎn),需要配建倉庫,儲能就是能源的“倉庫”。倉庫可建在產(chǎn)地,也可建在物流環(huán)節(jié),還可建在消費者家里,儲能則對應(yīng)分為發(fā)電側(cè)儲能、電網(wǎng)側(cè)儲能、用戶側(cè)儲能。
何謂新型儲能?在我國已投運的儲能項目中,抽水蓄能占比近60%,除抽水蓄能外的其他儲能被稱為“新型儲能”。
按照能量儲存方式,儲能主要分為物理儲能、化學(xué)儲能、電磁儲能三類,其中物理儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等,化學(xué)儲能主要包括鋰電池、鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池等,電磁儲能主要包括超級電容、超導(dǎo)儲能等。
近年來,我國新型儲能發(fā)展迅猛。僅在2020年底時,其占比還不足10%,如今占比已超40%。國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,截至2024年一季度末,全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達3530萬千瓦/7768萬千瓦時,較2023年底增長超過12%,較2023年一季度末增長超過210%。
今年全國兩會上,“發(fā)展新型儲能”首次寫入政府工作報告。今年1月,由國務(wù)院國資委等7部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》,在未來能源部分也提出“加快發(fā)展新型儲能”。
從鹽穴儲氣到新型儲能,中鹽集團將“朋友圈”擴展到電力領(lǐng)域。
新的合作
2020年12月,中鹽集團、中國華能、清華大學(xué)合資成立中鹽華能儲能科技有限公司(以下簡稱“中華儲能”)。金壇示范項目是三方合作的第一步。
金壇鹽穴壓縮空氣儲能,是一種利用地下鹽穴儲氣的大容量物理儲能技術(shù),在用電低谷期時可將空氣壓縮到鹽穴中,用電高峰期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。它具有容量大、壽命長、安全環(huán)保等優(yōu)勢。
金壇示范項目落地前,清華大學(xué)的“非補燃式壓縮空氣儲能技術(shù)”已經(jīng)歷過兩輪演化升級。“非補燃”是針對補燃而言,后者在釋放壓縮空氣發(fā)電時,會燃燒煤、天然氣等加熱空氣產(chǎn)生更大推力,而非補燃沒有這個過程,因而更加環(huán)保。
2014年,安徽蕪湖500千瓦非補燃壓縮空氣儲能工業(yè)試驗電站建成,儲能系統(tǒng)效率40%,即每儲存1度電最后可釋放0.4度電。
2016年,青海西寧100千瓦非補燃壓縮空氣儲能試驗電站建成,這是世界首座光熱復(fù)合式非補燃壓儲系統(tǒng),儲能系統(tǒng)效率51%。
在前兩輪演化升級基礎(chǔ)上,清華大學(xué)蓄力第三次演化升級。2015年,清華大學(xué)與中鹽集團合作,開始“基于鹽穴的壓縮空氣儲能系統(tǒng)項目”的科技研究。2017年,雙方共同成立壓縮空氣儲能技術(shù)聯(lián)合研究中心;中鹽集團還與中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授盧強合作,設(shè)立盧強院士工作站。
建設(shè)規(guī)?;膬δ茈娬拘枰娏ζ髽I(yè)加入。中鹽集團和清華大學(xué)向中國華能拋出橄欖枝。中國華能是五大發(fā)電央企之一,江蘇是該公司的重點布局區(qū)域之一,2019年中國華能曾與江蘇省簽約打造千萬千瓦級海上風(fēng)電基地。
2017年5月,金壇示范項目獲得國家能源局立項。項目于2018年12月奠基,2022年5月投入商業(yè)運營,電電轉(zhuǎn)換率達到60%以上,即每儲存1度電最后可發(fā)電0.6度以上。該項目裝機規(guī)模6萬千瓦/30萬千瓦時,即最大充/放功率6萬千瓦,也就是每小時最多能發(fā)電6萬度;儲能容量30萬千瓦時,也就是一個儲能周期可存儲電量30萬度,相當(dāng)于6萬居民一天的用電量。項目每年可完成調(diào)峰電量1.3億度,減排二氧化碳3萬噸。
站在項目沙盤前,謝衛(wèi)煒介紹,金壇示范項目的核心設(shè)備區(qū)域分為4個主要系統(tǒng)。第一是世界上參數(shù)最高的多級離心式空氣壓縮機(6萬千瓦),由沈鼓研制,分為低壓、中壓、高壓三臺串聯(lián)啟動,其作用是在用電低谷期時利用電網(wǎng)多余的電來壓氣。
第二是世界上單臺容量最大、溫度參數(shù)最高的油-氣換熱器,由哈電集團研制。系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油可替代“燃補”,在壓氣時吸收空氣熱量,放氣時為空氣加熱,從而有效提升儲能系統(tǒng)效率。整個過程導(dǎo)熱油不發(fā)生燃燒,不對外排放二氧化碳。
第三是世界最大非補燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的空氣透平和發(fā)電機(6萬千瓦),由東方電氣研制。透平是turbine(渦輪機)的音譯,“空氣透平+發(fā)電機”大致相當(dāng)于火電站的“汽輪機+發(fā)電機”。
第四是地下鹽穴。金壇示范項目所利用的這個鹽穴,不是改造的老腔,而是從一開始就科學(xué)規(guī)劃的新腔。鹽穴位于地下1000米左右,采鹽使用水溶法,即向鹽層注水形成鹵水,再將鹵水抽出地面。利用相關(guān)技術(shù),抽空后的鹽層形成紡錘形的鹽穴,最大直徑約80米,高度超過100米,容積超過22萬立方米,相當(dāng)于105個標準泳池。高溫高壓下,空腔內(nèi)的鹵水會再次結(jié)晶,將裂縫自動愈合。如此形成的空腔氣密性好且承壓能力強,最高可承受200個標準大氣壓,相當(dāng)于醫(yī)用氧氣鋼瓶的數(shù)倍。
“儲能電站的核心設(shè)備實現(xiàn)了100%國產(chǎn)化?!敝x衛(wèi)煒說。
新的藍圖
以金壇示范項目為起點,中鹽集團謀劃新藍圖。
“金壇示范項目遠期建設(shè)規(guī)模將達100萬千瓦,肩負壓縮空氣儲能技術(shù)試驗、標準創(chuàng)建、工程及商業(yè)運營示范‘三大’目標任務(wù),集聚產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢資源,致力于壓縮空氣儲能的‘中國創(chuàng)造’與‘中國標準’,將為構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)提供儲能新方案?!敝x衛(wèi)煒說。
他表示,未來金壇示范項目擴建工程還將開掘新的鹽穴,加裝新的設(shè)備,擴大裝機規(guī)模。除了金壇示范項目擴建,中鹽鹽穴正在推動陜西榆林鹽穴壓縮空氣儲能項目落地。
技術(shù)與標準領(lǐng)域的工作也在持續(xù)推進。
謝衛(wèi)煒介紹,技術(shù)上,該公司目前已累計申請專利百余項,核心專利56項。研發(fā)并驗證了高負荷離心壓縮機、高參數(shù)換熱器、大型空氣透平等首(臺)套核心設(shè)備,建立了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系。
標準上,該公司發(fā)布了我國壓縮空氣儲能領(lǐng)域首個編碼標準和并網(wǎng)標準,完成2項IEC(國際電工委員會)國際標準發(fā)布、1項IEC國際標準立項,已發(fā)布和正在編制的國標和行標12項,逐漸形成了中國壓縮空氣儲能標準體系。
人才上,培養(yǎng)了一批兼具科研創(chuàng)新能力和工程實踐經(jīng)驗的壓縮空氣儲能專業(yè)人才,其中4人成為IEC注冊專家,3人入選全國電力儲能標委會專家,我國首批壓縮空氣儲能電站值長獲得資格認證上崗,為推動行業(yè)發(fā)展提供了人才支撐和儲備。
“我國鹽穴壓縮空氣儲能技術(shù)已達到世界領(lǐng)先水平。我們跟外國專家一起開會時,他們對此表現(xiàn)出濃厚興趣?!彼f。
商業(yè)運營領(lǐng)域,中鹽鹽穴推動國家政策不斷完善。
謝衛(wèi)煒介紹,2023年江蘇省有關(guān)部門出臺了關(guān)于鹽穴壓縮空氣儲能項目的“兩部制”電價政策,支持其為調(diào)峰提供的服務(wù)保障。目前,該項目已實現(xiàn)盈利。
此外,中鹽集團還與清華大學(xué)、中科院武漢巖土力學(xué)研究所和南方科技大學(xué)開展了鹽穴前沿技術(shù)聯(lián)合研究。
對于2023—2030年發(fā)展規(guī)劃,謝衛(wèi)煒透露,該公司將加大鹽穴儲能國家示范項目應(yīng)用推廣,加快全國布局,形成對陜西、河南、湖北等其他區(qū)域的技術(shù)推廣和帶動輻射。
到2025年,該公司將持續(xù)擴大儲氣庫規(guī)模,重點布局鹽穴儲氣、鹽穴壓縮空氣儲能、鹽穴儲氫、鹽穴儲油、鹽穴液流電池、二氧化碳捕集等6個技術(shù)方向,突破10項重點技術(shù),形成5項標志性成果,在小分子鹽穴儲存領(lǐng)域技術(shù)水平達到國際先進水平,突破小分子氣體儲存新技術(shù)的空白。
到2030年,該公司將實現(xiàn)資產(chǎn)總額翻兩番,營業(yè)收入提高20倍以上,建成較為完整的鹽穴綜合利用產(chǎn)業(yè)體系,引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。