中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的共同努力下，清潔能源的發(fā)展已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。中國(guó)作為世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)，也在積極推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳排放峰值，并在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。這一戰(zhàn)略目標(biāo)不僅對(duì)能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式提出了新的要求，也對(duì)能源儲(chǔ)能技術(shù)提出了更高的需求。
在清潔能源的大規(guī)模應(yīng)用中，風(fēng)能和太陽(yáng)能由于其間歇性和波動(dòng)性，如何有效地儲(chǔ)存并平衡供需成為一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的電網(wǎng)雖然能夠傳輸電能，但卻無(wú)法儲(chǔ)存電能，因此，大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。而在這些技術(shù)中，壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）憑借其規(guī)模大、成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)，成為了解決清潔能源儲(chǔ)存難題的有力工具。
1 壓縮空氣儲(chǔ)能的基本原理
壓縮空氣儲(chǔ)能的基本原理相對(duì)簡(jiǎn)單卻非常高效。在電力需求較低的時(shí)段，風(fēng)能、太陽(yáng)能等多余電能被用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，將空氣壓縮并儲(chǔ)存在地下的硬巖儲(chǔ)庫(kù)中；在電力需求高峰時(shí)，儲(chǔ)存的壓縮空氣被釋放，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，進(jìn)而將儲(chǔ)存的能量重新轉(zhuǎn)化為電能。
地下硬巖儲(chǔ)庫(kù)作為壓縮空氣儲(chǔ)能的核心，承擔(dān)著高壓空氣的儲(chǔ)存任務(wù)。相比于其他類型的儲(chǔ)庫(kù)，硬巖儲(chǔ)庫(kù)具有更好的安全性和適應(yīng)性，特別是在中國(guó)的東北、華北等資源豐富但地形條件復(fù)雜的地區(qū)，硬巖儲(chǔ)庫(kù)的應(yīng)用前景廣闊。
2 硬巖儲(chǔ)庫(kù)的挑戰(zhàn)與研究進(jìn)展
2.1 氣密性能
在硬巖儲(chǔ)庫(kù)中，氣密性能直接影響到儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率和安全性。由于硬巖地層中不可避免地存在各種裂縫和不連續(xù)面，如何確保高壓空氣的有效封閉成為一大挑戰(zhàn)。近年來(lái)，通過(guò)采用混凝土襯砌、鋼襯及高分子材料等不同的密封結(jié)構(gòu)，研究人員取得了顯著進(jìn)展。然而，如何在經(jīng)濟(jì)性和氣密性之間找到最佳平衡點(diǎn)，仍是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。
2.2 熱力過(guò)程
在壓縮空氣的充放氣過(guò)程中，空氣溫度會(huì)發(fā)生劇烈變化，這不僅影響儲(chǔ)庫(kù)的氣密性，還可能導(dǎo)致儲(chǔ)庫(kù)的結(jié)構(gòu)變形和材料疲勞。因此，準(zhǔn)確描述和預(yù)測(cè)這一過(guò)程中涉及的熱力過(guò)程成為保障儲(chǔ)庫(kù)安全和效率的關(guān)鍵。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，研究人員已經(jīng)初步揭示了溫度變化對(duì)儲(chǔ)庫(kù)系統(tǒng)的影響，但在實(shí)際工程中，仍需進(jìn)一步的優(yōu)化和驗(yàn)證。
2.3 穩(wěn)定性與安全性
硬巖儲(chǔ)庫(kù)在長(zhǎng)期運(yùn)行中會(huì)承受反復(fù)的高壓和高溫循環(huán)，這對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。尤其是在運(yùn)行多年后，儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)部可能出現(xiàn)微裂隙，這些裂隙在反復(fù)的應(yīng)力作用下可能逐漸擴(kuò)展，最終影響儲(chǔ)庫(kù)的安全性。當(dāng)前的研究主要集中在如何通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化和材料選擇，提升硬巖儲(chǔ)庫(kù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
3 中國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能的發(fā)展現(xiàn)狀與展望
3.1 當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀
中國(guó)的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)雖然起步較晚，但近年來(lái)在政策支持和技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，取得了顯著的發(fā)展。特別是在“雙碳”目標(biāo)的推動(dòng)下，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，并開始在各類清潔能源項(xiàng)目中扮演關(guān)鍵角色。
首先，湖南省的平江壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目無(wú)疑是中國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域的重要里程碑。該項(xiàng)目是中國(guó)首個(gè)在硬巖地層中建造的淺埋儲(chǔ)氣硐室，旨在驗(yàn)證硬巖儲(chǔ)庫(kù)在高壓條件下的氣密性、熱力過(guò)程以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。通過(guò)這一項(xiàng)目，研究人員積累了寶貴的施工和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，特別是在如何應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件、確保儲(chǔ)庫(kù)氣密性等方面取得了重要進(jìn)展。平江項(xiàng)目的成功為今后類似地質(zhì)條件下的儲(chǔ)能項(xiàng)目提供了有效的技術(shù)參考。
另一項(xiàng)值得關(guān)注的工程是山西大同云岡壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目。該項(xiàng)目創(chuàng)新性地利用廢棄礦井進(jìn)行改造，將原本閑置的地下空間轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У膲嚎s空氣儲(chǔ)能庫(kù)。這不僅大幅降低了建設(shè)成本，還充分體現(xiàn)了資源再利用的環(huán)保理念。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)先進(jìn)的密封技術(shù)和結(jié)構(gòu)加固措施，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功解決了廢棄礦井的氣密性和安全性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的儲(chǔ)能和能量釋放。云岡項(xiàng)目的實(shí)施為廢棄礦井的再利用提供了新思路，展示了壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在特定場(chǎng)景下的廣闊應(yīng)用前景。
此外，山東省濟(jì)寧壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目也是中國(guó)在該領(lǐng)域的重要工程之一。作為目前中國(guó)規(guī)模較大的示范項(xiàng)目，濟(jì)寧項(xiàng)目結(jié)合了先進(jìn)的儲(chǔ)能材料與智能化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大規(guī)模風(fēng)電、光電的高效儲(chǔ)存和調(diào)度。該項(xiàng)目特別強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)庫(kù)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定性和低泄漏率，在項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)對(duì)密封材料的優(yōu)化和智能化系統(tǒng)的集成管理，成功將空氣泄漏率控制在極低范圍內(nèi)。濟(jì)寧項(xiàng)目不僅展示了中國(guó)在壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)上的創(chuàng)新能力，也為未來(lái)更大規(guī)模的儲(chǔ)能電站建設(shè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
隨著壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣，越來(lái)越多的示范項(xiàng)目正在規(guī)劃和建設(shè)中。例如，在中國(guó)西北地區(qū)，多個(gè)新建的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入可行性研究階段，這些項(xiàng)目將充分利用當(dāng)?shù)刎S富的風(fēng)能資源，結(jié)合先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)，進(jìn)一步提高風(fēng)電的利用率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。未來(lái)，隨著更多項(xiàng)目的建成和投入使用，中國(guó)在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域的工程實(shí)踐將更加豐富，技術(shù)水平也將進(jìn)一步提升。
3.2 挑戰(zhàn)與機(jī)遇
盡管壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在中國(guó)發(fā)展迅速，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，仍然面臨著一系列挑戰(zhàn)。首先是成本問(wèn)題。目前，壓縮空氣儲(chǔ)能的初始投資較高，特別是在硬巖儲(chǔ)庫(kù)的建設(shè)中，密封性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的技術(shù)要求導(dǎo)致施工難度大，成本高昂。這使得該技術(shù)在大規(guī)模推廣中面臨經(jīng)濟(jì)性的挑戰(zhàn)。
其次，技術(shù)成熟度仍需進(jìn)一步提升。雖然硬巖儲(chǔ)庫(kù)在氣密性、熱力管理和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但在實(shí)際的長(zhǎng)周期運(yùn)行中，這些技術(shù)的可靠性和耐久性仍需通過(guò)更多的工程實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證。例如，如何有效降低儲(chǔ)庫(kù)的空氣泄漏率、如何確保儲(chǔ)庫(kù)在高壓和高溫條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，這些都是亟待解決的問(wèn)題。
然而，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。隨著清潔能源比例的不斷提高，電力系統(tǒng)對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能的需求也在迅速增加，這為壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)提供了廣闊的市場(chǎng)空間。特別是在中國(guó)風(fēng)光資源豐富但水資源匱乏的區(qū)域，壓縮空氣儲(chǔ)能是少數(shù)能夠有效應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的技術(shù)之一。
3.3 未來(lái)展望
展望未來(lái)，隨著技術(shù)的逐步成熟和成本的不斷降低，壓縮空氣儲(chǔ)能有望在中國(guó)實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。政策的持續(xù)支持也將為這一技術(shù)的推廣提供強(qiáng)有力的保障。例如，國(guó)家層面的能源發(fā)展戰(zhàn)略中已經(jīng)明確提出，要加快推動(dòng)包括壓縮空氣儲(chǔ)能在內(nèi)的先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，這為行業(yè)發(fā)展指明了方向。
