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因地制宜發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力 推動新型儲能技術(shù)發(fā)展
——安寧市廢棄鹽穴開發(fā)建設(shè)壓縮空氣儲能基地的思考
作者 趙矛 中共云南省委黨校第五十三期中青年干部培訓(xùn)班（一班）
鹽礦地下廢棄鹽穴具有再利用價值，昆明鹽礦的鹽穴資源豐富，利用地下鹽穴建設(shè)壓縮空氣儲能電站，是當(dāng)前國內(nèi)新型儲能領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。運用好開發(fā)好廢棄鹽穴，開展昆明安寧壓縮空氣儲能基地建設(shè)，對滿足云南省新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要、促進云南省新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展，以及踐行“一帶一路”有著重要作用。本文回顧了壓縮空氣儲能技術(shù)的發(fā)展歷程，特別是國內(nèi)非補燃技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，分析昆明安寧30萬千瓦壓縮空氣儲能示范項目的具體情況，進一步研究昆明安寧壓縮空氣儲能基地建設(shè)的必要性，旨在為推動新型儲能技術(shù)發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)升級提供有益啟示。
一、變廢為寶——對昆明鹽礦采空鹽穴的再利用
（一）鹽礦地下廢棄鹽穴的再利用
鹽巖藏于地下數(shù)百米至數(shù)千米深處，可采鹽巖的礦體因為其形狀規(guī)整、體積大、厚度大，礦體覆蓋層及底層無斷層，地下水不發(fā)育等地質(zhì)特征，確保了鹽巖礦體的可利用性及開采價值。國內(nèi)大型鹽巖礦主要分布在江蘇省常州市金壇區(qū)、淮安市，湖北省云夢縣及潛江市、河南省平頂山市、山東省肥城市、云南省安寧市等地區(qū)。鹽巖中的石鹽開采均為水溶開采法。水溶開采，是指利用鹽易溶于水的原理，從地面鉆井至地下鹽層，注入淡水后將石鹽溶解為飽和鹵水，再將鹵水輸送至地面生產(chǎn)車間蒸煮為精鹽。一般而言，一口采鹵井的開采時間可持續(xù)數(shù)年乃至十余年，之后需注水閉井。
地下鹽巖礦體的氯化鈉含量高、密度大、呈結(jié)晶狀態(tài)，具有力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、滲透率低、高壓下具有塑性等特點。鹽巖采出后，在地下鹽巖層所形成的巨大空間（廢棄鹽穴），能夠保持長時間的穩(wěn)定，且具有天然的密封性和穩(wěn)定性。鹽穴四壁的結(jié)晶鹽巖所具有的氣密性及水密性，使地下鹽穴能夠為不溶于鹽的物質(zhì)提供儲存或處置場所，如儲存天然氣、氫氣、空氣等氣態(tài)物質(zhì)，儲存原油、液氨、甲醇、儲能電解液等液態(tài)物質(zhì)，也是二氧化碳永久儲存的良好地下場所。這就像我們喝完的礦泉水瓶子可以用來裝其他東西一樣。
利用地下鹽穴建設(shè)壓縮空氣儲能電站，正是當(dāng)前國內(nèi)新型儲能領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。2024年4月，全國首臺套30萬千瓦等級的壓縮空氣儲能電站在湖北應(yīng)城鹽礦建成投運。同時，地下鹽穴的其他物質(zhì)儲存或處置也處在活躍的理論研究與試驗階段，鹽礦地下廢棄鹽穴的再利用前景廣闊。
（二）昆明鹽礦及其鹽穴資源
目前，云南省在生產(chǎn)的主要鹽礦僅有昆明鹽礦和磨黑鹽礦。省內(nèi)其他已經(jīng)閉礦的鹽礦鹽井，由于年代久遠、采鹽工藝落后、鹽巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鹽穴或鹽井規(guī)模小等原因，留下的鹽穴、鹽井已沒有再利用價值。昆明鹽礦是云南省最大的現(xiàn)代化開采的鹽礦，鹽巖埋藏深、鹽層厚、儲量大，是云南省唯一可作為儲存石油、天然氣、壓縮空氣、氫氣的大型鹽礦。將昆明鹽礦建設(shè)成全省最大的綜合能源儲存基地，是未來發(fā)展的方向。
昆明鹽礦地處安寧盆地，條件優(yōu)越。石鹽礦床總面積約60平方公里，鹽礦石含鹽率50%—60%，氯化鈉儲量約13.6億噸。礦區(qū)地層產(chǎn)狀平緩，地質(zhì)構(gòu)造簡單，采礦段巖相變化不明顯，鹽礦石埋深在400—600米之間，鹽礦石厚度在250—320米之間，采鹵鉆井深度一般在600—900m之間。
昆明鹽礦于1993年建成投產(chǎn)，現(xiàn)有精制鹽生產(chǎn)能力為130萬噸/年。30多年來，昆明鹽礦累計生產(chǎn)鹽硝產(chǎn)品超過2000萬噸，建成采鹵鹽井11對（個），形成的可用地下鹽穴容積約500萬立方米。2024年，昆明鹽礦6對采鹵接替井工程已經(jīng)開工建設(shè)，未來每年還將新增可用地下鹽穴容積約40萬立方米。到2030年，昆明鹽礦可用地下鹽穴總?cè)莘e將超過700萬立方米，可儲存液態(tài)物質(zhì)如石油約600萬噸、儲存氣態(tài)物質(zhì)如壓縮空氣約7億立方米。
（三）昆明鹽礦綜合能源儲存基地建設(shè)的可行性
昆明鹽礦位于滇中地區(qū)的安寧市境內(nèi)，交通運輸條件便利，中緬油氣管道穿境而過。滇中地區(qū)人口密集、工業(yè)經(jīng)濟集中、能源消費總量大，區(qū)內(nèi)能源儲備及能源安全保供壓力較大。昆明電網(wǎng)是云南省最大的負荷中心，波動性大的第三產(chǎn)業(yè)與居民用電比重高，網(wǎng)內(nèi)新能源裝機比例大導(dǎo)致發(fā)電量波動性大。因此，昆明電網(wǎng)急需增加電力儲能能力，特別是長時間的電力儲能。
當(dāng)前，在云南省新能源大規(guī)模發(fā)展的背景下，全省電網(wǎng)急需增加儲能能力，并規(guī)劃“十四五”期間全省新增310萬千瓦新型儲能電站裝機。利用昆明鹽礦地下鹽穴，在2030年前可建設(shè)成百萬千瓦等級的壓縮空氣儲能基地，為全省及昆明電網(wǎng)提供強大且急需的長時間儲能能力。在中遠期，隨著綠色可再生能源制備氫基能源的創(chuàng)新發(fā)展，全省天然氣供需平衡趨緊的趨勢，未來還可利用昆明鹽礦地下鹽穴建設(shè)綠氫儲庫、綠色液氨儲庫、綠色甲醇儲庫等。
因此，將昆明鹽礦建設(shè)成集壓縮空氣儲能、氫基能源儲存的綜合能源儲存基地是可行的且必要的。
二、演進趨勢——壓縮空氣儲能技術(shù)的發(fā)展歷程及產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景
（一）世界及國內(nèi)壓縮空氣儲能技術(shù)的發(fā)展歷程
世界上第一個壓縮空氣儲能電站于1978年在德國漢特福建成，它利用兩個地下鹽穴作為儲氣庫，采用天然氣補燃方式，電站綜合運行效率約42%。世界上第二個壓縮空氣儲能電站于1991年在美國亞拉巴馬州建成，它以地下鹽穴作為儲氣庫，采用天然氣補燃方式，增加了壓縮熱回收利用裝置，電站綜合運行效率提高至54%。
國內(nèi)壓縮空氣儲能的應(yīng)用技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步較晚，但以非補燃技術(shù)作為研究與發(fā)展起點，創(chuàng)新發(fā)展出了不需要化石能源作補充、世界領(lǐng)先的綠色清潔壓縮空氣儲能技術(shù)。2014年，在安徽省蕪湖市建成了500千瓦非補燃壓縮空氣儲能科學(xué)試驗系統(tǒng)，2021年，分別在山東省肥城市與貴州省畢節(jié)市建成了1萬千瓦非補燃壓縮空氣儲能工業(yè)試驗項目，2022年，分別在江蘇省常州市金壇區(qū)、河北省張北縣建成了6萬千瓦和10萬千瓦非補燃壓縮空氣儲能商業(yè)示范項目，2024年4月，在湖北省應(yīng)城市和山東省肥城市分別建設(shè)的30萬千瓦非補燃壓縮空氣儲能商業(yè)項目實現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。截至目前，國內(nèi)還有山東泰安、江蘇金壇、黑龍江寶清等一批35萬千瓦非補燃壓縮空氣儲能商業(yè)項目開工建設(shè)。此外，國內(nèi)第一個以地下人工硐室為儲氣庫的甘肅酒泉玉門壓縮空氣儲能項目正在緊張施工建設(shè)中。
從目前情況看，國內(nèi)壓縮空氣儲能項目已進入商業(yè)化發(fā)展初期階段，在主機設(shè)備的研發(fā)與制造、地下鹽穴的勘察及其工程設(shè)計、地面工程的勘測設(shè)計、工程施工安裝、電站調(diào)度運行等方面，均取得了重大突破和豐富的經(jīng)驗，30萬千瓦級電站項目的設(shè)計效率可達到70%，處于世界領(lǐng)先水平。
（二）壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景
儲能是電力系統(tǒng)重要的靈活調(diào)節(jié)資源，是實現(xiàn)“削峰”“填谷”的重要技術(shù)措施。電化學(xué)、機械、電磁、冷熱等儲能技術(shù)種類繁多，技術(shù)特征及其經(jīng)濟性差異大，各類儲能技術(shù)的發(fā)展階段及成熟度各不相同。
當(dāng)前政策下，電力儲能分為抽水蓄能與新型儲能，除抽水蓄能外的其他所有儲能技術(shù)都歸為新型儲能。2022年2月，國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局印發(fā)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》中指出，“十三五”以來，我國新型儲能行業(yè)整體處于由研發(fā)示范向商業(yè)化初期的過渡階段，新型儲能產(chǎn)業(yè)各方面取得了實質(zhì)性進展，市場應(yīng)用規(guī)模穩(wěn)步擴大；到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件；到2030年，新型儲能全面市場化發(fā)展，新型儲能核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，基本滿足構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需求。與此同時，國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)預(yù)測，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，2050年全國風(fēng)光裝機總規(guī)模需達到60億千瓦，儲能裝機需達到20—30億千瓦以上，儲能投資超過10萬億元，各類儲能技術(shù)市場發(fā)展空間巨大。
壓縮空氣儲能屬于新型儲能，可細分為常態(tài)空氣、超臨界空氣、液態(tài)空氣、二氧化碳等不同的氣態(tài)壓縮儲能技術(shù)路線。壓縮空氣儲能與抽水蓄能同屬機械儲能，是典型的長時儲能技術(shù)，具有容量大、壽命長、本質(zhì)安全等突出優(yōu)勢，是國家新型儲能發(fā)展的重要技術(shù)路線之一。2023年底，我國壓縮空氣儲能總裝機約18.3萬千瓦、占全球壓縮空氣儲裝機的7%，包括江蘇金壇6萬千瓦、河北張北10萬千瓦等商業(yè)示范項目。2024年4月，湖北應(yīng)城和山東肥城30萬千瓦國家首臺套壓縮空氣儲能電站實現(xiàn)了并網(wǎng)調(diào)試。截至目前，山東、江蘇、黑龍江等地下鹽穴、甘肅人工硐室、新疆二氧化碳、青海液態(tài)空氣等一批商業(yè)化壓縮空氣儲能項目實現(xiàn)了開工建設(shè)，裝機規(guī)模超過200萬千瓦，標(biāo)志著國內(nèi)壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展已進入商業(yè)化規(guī)模發(fā)展期。
除昆明鹽礦外，在云南省廣大的硬質(zhì)巖地區(qū)，規(guī)劃建設(shè)以地下人工硐室為儲氣庫的壓縮空氣儲能電站，具備選址靈活、生態(tài)環(huán)境影響小、工程建設(shè)條件好等比較優(yōu)勢，是云南大規(guī)模發(fā)展壓縮空氣儲能的資源優(yōu)勢。為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，2050年以前，云南風(fēng)光裝機總規(guī)模需達到2億千瓦以上，儲能裝機需達到0.7—1億千瓦以上，儲能投資超過4000億元。目前，國內(nèi)先進壓縮空氣儲能已進入規(guī)模化發(fā)展初期階段，昆明安寧壓縮空氣儲能示范項目已基本具備開工建設(shè)條件，大規(guī)模發(fā)展壓縮空氣儲能是滿足云南省長時儲能需求的重要途徑之一。通過大規(guī)模發(fā)展壓縮空氣儲能，可促進我省壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)、裝備制造、工程服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，引導(dǎo)云南省壓縮空氣儲能的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平達到全國先進水平，并輻射和服務(wù)于東南亞市場。
（三）昆明安寧30萬千瓦壓縮空氣儲能示范項目
云南省能源投資集團昆明安寧30萬千瓦壓縮空氣儲能示范項目已完成可研評審等相關(guān)前期工作，項目總投資17.2億元，計劃2025年初開工、2026年建成投產(chǎn)。示范項目采用最先進的非補燃技術(shù)，擬安裝兩列共8臺大型空氣壓縮機、1臺30萬千瓦空氣發(fā)電機組、34臺大型水氣/氣水換熱器、8臺3500立方米球型儲熱水罐，電站擬以一回220千伏線路接入昆明城區(qū)的220千伏普吉變電站，電站設(shè)計綜合能源利用效率可達到70%。昆明安寧30萬千瓦壓縮空氣儲能示范項目建成后，將成為我國西南地區(qū)、南方電網(wǎng)區(qū)域第一座大型壓縮空氣儲能電站，也是國內(nèi)第一座高海拔壓縮空氣儲能電站。
三、認識思考——對昆明安寧壓縮空氣儲能基地建設(shè)的分析
將昆明鹽礦建設(shè)成集壓縮空氣儲能、氫基能源儲存的綜合能源儲存基地，是一個長期的發(fā)展設(shè)想。當(dāng)前，在云南省新型電力系統(tǒng)建設(shè)的高速發(fā)展過程中，建設(shè)昆明安寧壓縮空氣儲能基地是必要的和急迫的。
（一）是滿足云南省新型電力系統(tǒng)建設(shè)的需要
近年來，云南省風(fēng)光新能源新增裝機約3000萬千瓦，總量突破4600萬千瓦。新能源裝機占比從12%快速提升至33%。新能源與生俱來的間歇性、波動性和隨機性特征在大規(guī)模并網(wǎng)時，給云南電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提出了新的挑戰(zhàn)；省內(nèi)新增綠色鋁硅大工業(yè)的剛性連續(xù)負荷，也使省內(nèi)“源荷”特性更加難以匹配。在2024年省內(nèi)電網(wǎng)系統(tǒng)的運行中，已經(jīng)顯現(xiàn)出調(diào)節(jié)能力不足、調(diào)峰需求增大的現(xiàn)象，豐水期新能源棄電現(xiàn)象已有明顯趨勢。
預(yù)計到2030年底，全省新能源裝機總規(guī)模將達到9500萬千瓦左右，屆時全省新能源裝機占比將達到45%以上、新能源發(fā)電量占比將超過25%。根據(jù)相關(guān)研究預(yù)測：2030年云南省用電總量4000億千瓦時、用電負荷6500萬千瓦，在沒有新增支撐火電的情景下，全省電網(wǎng)豐、枯期存在約812、1013萬千瓦電力缺口，全年存在約133億千瓦時的電量缺口；在沒有新增儲能、在豐水期優(yōu)先保證水電消納的前提下，存在近100億千瓦時的新能源棄電量、棄電率達到8%左右。為了緩和云南電網(wǎng)“電力電量雙缺”與“新能源棄電”同時存在的矛盾，在2030年以前建設(shè)昆明安寧壓縮空氣儲能大型基地，是支撐云南省新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要舉措。
（二）是促進云南省新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的需要
以壓縮空氣儲能為代表的新型儲能技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，是國家支持和鼓勵的新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展方向。目前，國內(nèi)壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)還處于商業(yè)化發(fā)展初期，國內(nèi)高校及科研機構(gòu)、設(shè)備制造、工程勘察設(shè)計、工程施工安裝及調(diào)度運行等相關(guān)產(chǎn)業(yè)與單位，通過6萬千瓦、10萬千瓦及30萬千瓦儲能示范電站的建設(shè)實踐，正在持續(xù)研究、優(yōu)化和完善壓縮空氣儲能技術(shù)，如：高溫儲熱與中低溫儲熱技術(shù)之爭、透平膨脹發(fā)電機再熱技術(shù)之爭、地下鹽穴大口徑采氣井施工技術(shù)的突破、人工硐室與地下鹽穴儲能的經(jīng)濟競爭、持續(xù)研究和發(fā)現(xiàn)壓縮機余熱深度回收利用技術(shù)等。同時，國內(nèi)采用二氧化碳作為儲能介質(zhì)的壓縮空氣儲能電站——新疆木壘10萬千瓦二氧化碳壓縮儲能示范電站也于2024年9月1日開工建設(shè)，更多創(chuàng)新的壓縮空氣儲能技術(shù)正在快速發(fā)展進步中。
昆明安寧30萬千瓦壓縮空氣儲能示范項目，作為我國西南地區(qū)第一個立項建設(shè)項目，云南省能源投資集團已聯(lián)合中國科學(xué)院、中國地質(zhì)大學(xué)、西安交通大學(xué)等國內(nèi)權(quán)威技術(shù)單位，針對高原、山地、昆明鹽礦鹽巖層及云南電力系統(tǒng)特征，以創(chuàng)新思路打造具有高效率、低成本、開放性的中國壓縮空氣儲能建設(shè)樣本，努力帶動我省壓縮空氣儲能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的落地與發(fā)展，為云南省新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展作出貢獻。
（三）是云南踐行“一帶一路”的需要
我國云南與緬甸、老撾、越南毗鄰，是中國通往東南亞最便捷的陸路通道，是中國對外開展經(jīng)濟、文化、政治交流的重要樞紐。
2000—2020年的十年間，東南亞地區(qū)能源需求量增長了80%左右，遠高于全球平均水平，表明其社會經(jīng)濟發(fā)展成效顯著。隨著全球?qū)稍偕茉蠢?、環(huán)境保護與二氧化碳減排的重視，東南亞地區(qū)國家也在積極推動綠色能源轉(zhuǎn)型發(fā)展，新能源需求正在快速增長。根據(jù)國外相關(guān)組織對“全球能源監(jiān)測”的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：截至2023年底，除文萊、老撾和東帝汶外，其他東南亞國家都有了運行的光伏電站，全地區(qū)光伏累計裝機總規(guī)模已達到1870萬千瓦。預(yù)計到2025年，為了達成東盟成員國35%可再生能源裝機目標(biāo)，東南亞國家還需要新增至少1700萬千瓦的光伏和風(fēng)電裝機。隨著東南亞國家風(fēng)光新能源的快速發(fā)展，東南亞國家對電力儲能的需求是必然的。
昆明安寧壓縮空氣儲能大型基地的建設(shè)，可為東南亞國家新型儲能的發(fā)展利用發(fā)揮帶動示范效應(yīng)，也必將帶動和發(fā)展云南省壓縮空氣儲能相關(guān)產(chǎn)業(yè)，利用云南區(qū)位優(yōu)勢及泛亞鐵路運輸條件，努力把云南壓縮空氣儲能相關(guān)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)輸送到東南亞國家，為踐行“一帶一路”作出云南貢獻。
