中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在地下800—1000米的鹽穴里，蘊(yùn)含著大量的鹽礦資源。地下鹽穴經(jīng)水溶采鹽后，通常會(huì)形成梨形的腔穴。如今，采挖后的廢棄鹽穴竟在儲(chǔ)能領(lǐng)域派上了大用場(chǎng)。
近日，江蘇淮安46.5萬(wàn)千瓦/260萬(wàn)千瓦時(shí)鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目可行性研究報(bào)告在京順利通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審，該電站建成后，將成為國(guó)際上容量最大的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，可實(shí)現(xiàn)年發(fā)電量8.5億千瓦時(shí)，為新型儲(chǔ)能發(fā)展再添新動(dòng)能。
儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展
地下鹽穴變身“充電寶”
近年來(lái)，隨著風(fēng)電、光伏等清潔能源項(xiàng)目大規(guī)模開(kāi)發(fā)，我國(guó)清潔能源裝機(jī)容量迅猛增加?！帮L(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電出力具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性和反調(diào)峰特性，為新型電力系統(tǒng)的電力電量平衡和安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)?！蹦戏诫娋W(wǎng)能源發(fā)展研究院新能源研究所副所長(zhǎng)楊再敏指出。
“儲(chǔ)能是通過(guò)介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)再釋放的過(guò)程，可將間歇的、不穩(wěn)定的可再生能源電力轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定電力輸出，實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模消納。同時(shí)，儲(chǔ)能還可實(shí)現(xiàn)電能的跨時(shí)間、跨空間轉(zhuǎn)移，解決電力供需平衡問(wèn)題。”中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專(zhuān)委會(huì)主任、中科院工程熱物理所研究員陳海生介紹。
在“雙碳”目標(biāo)背景下，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能作為新型儲(chǔ)能重要形式之一，得到越來(lái)越多的關(guān)注。
鹽穴，即鹽礦開(kāi)采后留下的廢棄礦洞。廢棄的鹽穴可進(jìn)行壓縮空氣、天然氣、石油和氫氣等能源存儲(chǔ)。鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能作為“鹽穴家族”中的一員，將鹽穴“變廢為寶”，利用鹽穴儲(chǔ)氣的大容量物理儲(chǔ)能技術(shù)，低谷電時(shí)將空氣壓縮到鹽穴中，用電高峰時(shí)再釋放壓縮空氣發(fā)電，從而實(shí)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。其具有容量大、成本低、壽命長(zhǎng)、安全環(huán)保、占地面積小等優(yōu)勢(shì)，是一種極具發(fā)展前景的大規(guī)模清潔物理儲(chǔ)能技術(shù)。
“我國(guó)鹽礦資源豐富，符合使用條件的有2000多個(gè)。但與歐美等國(guó)相比，我國(guó)在鹽穴儲(chǔ)能利用方面的研究起步較晚，鹽穴地下儲(chǔ)庫(kù)的建設(shè)數(shù)量和技術(shù)水平仍有較大差距。”楊再敏表示。
記者了解到，對(duì)于鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站的研究，全球已有40多年歷史。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在國(guó)際方面，目前，全球已有2座大規(guī)模鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站投入商業(yè)運(yùn)行，分別是德國(guó)的亨托夫（Huntorf）電站和美國(guó)的麥金托什（McIntosh）電站。在國(guó)內(nèi)方面，我國(guó)鹽穴資源豐富，主要分布于山東、河南、河北、江蘇、廣東、四川等地，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有上億立方米的鹽穴空間，且絕大多數(shù)處于閑置狀態(tài)，這些鹽穴承壓能力好，密封性能優(yōu)越，是可作為高壓氣體儲(chǔ)存的極好空間場(chǎng)所。2021年9月，山東肥城鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站正式并網(wǎng)發(fā)電，進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行狀態(tài)。2022年5月，江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目也正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。
值得關(guān)注的是，在經(jīng)濟(jì)性方面，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目建造成本有著較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。
“隨著國(guó)家支持政策的支撐及相關(guān)產(chǎn)業(yè)研究應(yīng)用的持續(xù)推進(jìn)，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能有望迎來(lái)加速發(fā)展。與新建鋼罐等壓力容器儲(chǔ)存的方式相比，利用鹽穴可顯著降低原材料、用地等方面的成本?！蹦戏诫娋W(wǎng)能源發(fā)展研究院新能源研究所研究員孫思揚(yáng)表示，“我國(guó)最近投產(chǎn)的金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站的電能轉(zhuǎn)換效率已提升至60%以上?！?
專(zhuān)家分析，目前壓縮空氣儲(chǔ)能每千瓦的造價(jià)為5000—6000元，與抽水蓄能建造成本基本持平。未來(lái)隨著規(guī)模效應(yīng)的不斷體現(xiàn)，規(guī)模越大、效率越高、單位成本越低。
安全穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)明顯
技術(shù)、機(jī)制層面仍有提升空間
鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能具有顯著降低系統(tǒng)建造成本、大幅減少系統(tǒng)占地面積、可提高系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性等多方面優(yōu)勢(shì)。
“首先，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能介質(zhì)為空氣等，具有無(wú)毒無(wú)害、不易燃易爆、無(wú)污染物排放、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)；其次，鹽穴多分布在地下500—1500米，承壓壓力達(dá)20兆帕以上，具有良好的承壓特性，而且鹽穴自愈性和蠕變性良好，高壓空氣不會(huì)出現(xiàn)泄漏，具有良好的密閉特性，能夠滿(mǎn)足壓縮空氣儲(chǔ)能電站的儲(chǔ)氣要求；最后，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備屬于傳統(tǒng)葉輪機(jī)械和換熱設(shè)備，有可供參考的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，而且國(guó)際上傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行40多年?！标惡Ｉ硎?。
“鹽巖的力學(xué)性能穩(wěn)定，具有損傷自我恢復(fù)功能，能夠適應(yīng)儲(chǔ)存壓力交替變化?！睂O思揚(yáng)介紹，以德國(guó)亨托夫電站的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)為例，該電站1978年投入運(yùn)行，在成功運(yùn)行超過(guò)20年后，2001年檢測(cè)了2個(gè)儲(chǔ)氣鹽穴的形狀，發(fā)現(xiàn)其與1984年形狀并沒(méi)有太大差別。其鹽穴體積收縮率為每年0.15%，平均沉降速率為每年3.24毫米，未發(fā)現(xiàn)氣體泄漏，這一事實(shí)充分表明鹽穴儲(chǔ)氣技術(shù)應(yīng)用于壓縮空氣儲(chǔ)能的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。
不過(guò)，在技術(shù)發(fā)展方面，多位專(zhuān)家表示仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
“鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括寬負(fù)荷壓縮機(jī)、高負(fù)荷透平膨脹機(jī)、高效蓄熱換熱器、鹽穴高壓儲(chǔ)氣、儲(chǔ)能與電力系統(tǒng)耦合控制等關(guān)鍵技術(shù)?！标惡Ｉㄗh應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展兩方面研究：一是開(kāi)展廣泛示范，形成適合壓縮空氣儲(chǔ)能的鹽穴高壓儲(chǔ)氣庫(kù)的成套技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)體系；二是開(kāi)展更大規(guī)模等級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)裝備研發(fā)與示范，滿(mǎn)足電網(wǎng)削峰填谷等方面需求。
“非補(bǔ)燃應(yīng)用壓縮空氣蓄能（CAES）系統(tǒng)是壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外均有一定的技術(shù)積累，但仍存在兩個(gè)問(wèn)題：其一，高性能離心壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的研制均處于起步階段，技術(shù)難度大；其二，集成與控制尚未涉及各組件協(xié)同自律特性及機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)性，嚴(yán)重制約了‘儲(chǔ)網(wǎng)一體化’系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。”孫思揚(yáng)表示。
他認(rèn)為，為加快我國(guó)大規(guī)模物理儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)，亟須在大規(guī)模CAES電站設(shè)計(jì)、集成及并網(wǎng)運(yùn)行方面開(kāi)展基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究以及核心設(shè)備的研制工作。
目前，我國(guó)鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能還處于商業(yè)化發(fā)展初期，規(guī)?；茝V仍有一定難度，主要制約因素包括儲(chǔ)氣庫(kù)適宜選址受限、人工儲(chǔ)氣庫(kù)成本較高、電價(jià)政策尚不明朗等。
“天然鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)由于具有密封性和經(jīng)濟(jì)性好等顯著優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外被作為地下高壓儲(chǔ)氣庫(kù)的首選，然而我國(guó)適合建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的巖鹽礦藏主要分布在長(zhǎng)江中下游、山東和廣東局部地區(qū)，而光伏和風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模巨大、對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能需求迫切的‘三北’地區(qū)，則缺少適宜于建設(shè)鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)的巖鹽地層。”孫思揚(yáng)表示，除了鹽穴等天然地下空間外，人工開(kāi)挖硬巖洞穴儲(chǔ)氣庫(kù)是較為理想的替代儲(chǔ)氣庫(kù)方案，其優(yōu)點(diǎn)在于適合建庫(kù)的硬巖巖石類(lèi)型多、分布廣，選址相對(duì)容易，然而其綜合建設(shè)成本相對(duì)較高。除此之外，目前我國(guó)暫未出臺(tái)針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能電站上網(wǎng)電價(jià)的支持性政策文件，壓縮空氣儲(chǔ)能電站的定價(jià)機(jī)制還在探索階段，這也在一定程度上影響了投資意愿。
對(duì)未來(lái)鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展，陳海生建議，一是鼓勵(lì)開(kāi)展示范項(xiàng)目建設(shè)，給予相關(guān)的政策支持，建立示范應(yīng)用基地等，通過(guò)示范帶動(dòng)推廣應(yīng)用進(jìn)程。二是綜合考慮調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相等功能，形成合理的儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制。建立合理的成本分?jǐn)偤褪找鏅C(jī)制，為鹽穴儲(chǔ)能發(fā)展創(chuàng)造有利條件。三是在地下空間二次開(kāi)發(fā)利用方面，出臺(tái)相應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和政策引導(dǎo)支持。
