2030年非化石能源消費(fèi)比重25%，2060年該比重要過(guò)80%......這兩天，國(guó)務(wù)院接連發(fā)布“雙碳”戰(zhàn)略重磅文件，將非化石能源再度拉上了輿論熱點(diǎn)。
但眾所周知，非化石能源中裝機(jī)增長(zhǎng)最快的風(fēng)電和光伏波動(dòng)很大，需要搭配儲(chǔ)能?，F(xiàn)有的儲(chǔ)能方式里，最穩(wěn)定可靠的抽水蓄能在選址上存在先天限制；電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展迅猛但在安全、壽命等方面還有待加強(qiáng)。要想建立堅(jiān)實(shí)可靠的新型電力系統(tǒng)，還需要更多新型儲(chǔ)能技術(shù)的加入。
這當(dāng)中，壓縮氣體儲(chǔ)能憑借其壽命長(zhǎng)、成本低、安全環(huán)保的特性，被認(rèn)為是繼抽水儲(chǔ)能之后第二大適合GW（吉瓦）級(jí)大規(guī)模電力儲(chǔ)能的技術(shù)。
壓縮氣體儲(chǔ)能捷報(bào)頻傳
壓縮氣體儲(chǔ)能是利用用電低谷將氣體壓縮到鹽穴或壓力容器中，等到用電高峰時(shí)再釋放出來(lái)發(fā)電，從而提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和新能源消納能力的技術(shù)。
它包括壓縮空氣儲(chǔ)能、壓縮二氧化碳儲(chǔ)能和其他壓縮氣體儲(chǔ)能。壓縮空氣儲(chǔ)能又分為非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能（常溫高壓空氣存于鹽穴、壓力容器等）、補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能（結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)使用）、液化壓縮空氣儲(chǔ)能等。
據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》10月1日?qǐng)?bào)道，位于江蘇金壇的鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目在前一天并網(wǎng)試驗(yàn)成功，向國(guó)家電網(wǎng)發(fā)出我國(guó)首個(gè)大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站第一度電。這是我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域唯一國(guó)家示范項(xiàng)目，還是全球首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站，其發(fā)電裝機(jī)達(dá)60MW（兆瓦），儲(chǔ)能容量300MW/h（兆瓦時(shí)），遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模1000兆瓦。根據(jù)本地的地質(zhì)條件，理論上最大可以建設(shè)超過(guò)4000兆瓦的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
金壇項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)圖 圖片來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
另?yè)?jù)《中國(guó)日?qǐng)?bào)》10月22日?qǐng)?bào)道，近日位于貴州畢節(jié)的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)正式并網(wǎng)發(fā)電，這是目前國(guó)際上容量最大、功能最全、測(cè)量范圍最寬的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能集成驗(yàn)證與示范平臺(tái)，最大儲(chǔ)能容量40MWh，最大發(fā)電功率10MW。同金壇項(xiàng)目相比，這套系統(tǒng)不僅不燃燒化石燃料，而且還不依賴儲(chǔ)氣洞穴，即不受地理?xiàng)l件和燃料限制，是壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的主要發(fā)展方向。
該系統(tǒng)由中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所研發(fā)，已于2016年底實(shí)現(xiàn)示范運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)4000小時(shí)?？蓪?shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用、應(yīng)急響應(yīng)、黑啟動(dòng)等功能。
畢節(jié)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)圖 視頻截圖
在壓縮氣體儲(chǔ)能的另一個(gè)分支——新型二氧化碳儲(chǔ)能方面，我國(guó)也開始布局。據(jù)中國(guó)新聞網(wǎng)10月22日?qǐng)?bào)道，國(guó)內(nèi)首個(gè)“新型二氧化碳儲(chǔ)能驗(yàn)證項(xiàng)目”正式開工，該項(xiàng)目位于四川德陽(yáng)，是利用多余電力將常溫、常壓的二氧化碳?xì)怏w壓縮為液體，并將壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存起來(lái)；在用電高峰期，利用存儲(chǔ)的熱能加熱液態(tài)二氧化碳至氣態(tài)。
同一般的壓縮空氣儲(chǔ)能相比，二氧化碳儲(chǔ)能在工質(zhì)存儲(chǔ)方面有明顯優(yōu)勢(shì)，二氧化碳常溫即可液化，可以方便實(shí)現(xiàn)液態(tài)存儲(chǔ)，不受地域條件約束，存儲(chǔ)成本低。該系統(tǒng)同樣無(wú)需使用化石燃料，不產(chǎn)生固體廢棄物，零碳排放，是一種綠色儲(chǔ)能系統(tǒng)。
目前該項(xiàng)目關(guān)鍵核心設(shè)備方面已完成方案設(shè)計(jì)，已進(jìn)入施工設(shè)計(jì)，馬上進(jìn)行生產(chǎn)制造，將于2022年6月建成。德陽(yáng)項(xiàng)目的新型二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)目前在全球都處于領(lǐng)先地位。主要應(yīng)用于電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)和用電量較大的企業(yè)。該儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命長(zhǎng)達(dá)30年以上，在全生命周期內(nèi)，循環(huán)效率不衰減。
德陽(yáng)項(xiàng)目效果圖 圖片來(lái)源：東方汽輪機(jī)
安全、長(zhǎng)壽、不挑地
壓縮氣體儲(chǔ)能相比其他新型儲(chǔ)能有何優(yōu)勢(shì)？在成本和效率方面發(fā)展到了什么水平？有沒(méi)有技術(shù)或材料上卡脖子的隱患？觀察者網(wǎng)采訪了金壇和德陽(yáng)項(xiàng)目的核心部件——透平機(jī)的制造商，東方電氣集團(tuán)旗下的東方汽輪機(jī)公司。
據(jù)東汽方面介紹，壓縮氣體儲(chǔ)能首先非常安全。以德陽(yáng)的液化二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目為例，由于二氧化碳液化很容易，因此儲(chǔ)存它只需幾兆帕的壓力，不用擔(dān)心高壓儲(chǔ)氣帶來(lái)的隱患，同時(shí)二氧化碳無(wú)毒、不易燃易爆，本身的安全性就很好。
存儲(chǔ)壓力較高的壓縮空氣儲(chǔ)能需要用十幾兆帕的容器，盡管如此，由于儲(chǔ)存介質(zhì)是空氣，所以同樣不存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。中科院工程熱物理研究所工程師郭文賓曾向媒體表示，十幾兆帕屬于中等壓力范圍，它的風(fēng)險(xiǎn)是可控的。
畢節(jié)項(xiàng)目所用的集氣管道 視頻截圖
其次，除金壇的鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能有天然的選址要求，需依賴地質(zhì)條件外，畢節(jié)的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能和德陽(yáng)的氣液兩態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能都沒(méi)有選址上的顧慮，只需要有足夠儲(chǔ)存高壓氣體或液體的容器就夠了。據(jù)東汽介紹，當(dāng)前單位占地面積最小的氣液兩態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能同鋰電池儲(chǔ)能所需的占地面積基本相當(dāng)，未來(lái)還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。
另外，壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)所需要的全部都是常規(guī)材料，儲(chǔ)能要用的空氣更是隨處可見(jiàn)，二氧化碳也是工業(yè)領(lǐng)域常用工質(zhì)，本身易于獲取。不像電化學(xué)儲(chǔ)能會(huì)用到鋰、鈷這樣的稀有金屬，或是氫燃料電池要使用鉑這種貴金屬。
而且，現(xiàn)階段無(wú)論是壓縮空氣儲(chǔ)能還是氣液兩態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能我國(guó)均實(shí)現(xiàn)了核心設(shè)備的完全國(guó)產(chǎn)。據(jù)東汽介紹，壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)最重要的部件就是儲(chǔ)氣容器、壓縮機(jī)和發(fā)電透平等，以發(fā)電透平為例，以東方汽輪機(jī)為代表的中國(guó)透平機(jī)械研制廠商，其技術(shù)水平處于全球先進(jìn)地位，核心技術(shù)均掌握在自己手中。二氧化碳儲(chǔ)氣方面，德陽(yáng)項(xiàng)目這次的合作伙伴——百穰新能源有限公司也取得了巨大突破，借助一種柔性倉(cāng)儲(chǔ)容器解決了密封性、可靠性的問(wèn)題。
金壇項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng) 圖片來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
不僅如此，壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命極長(zhǎng)。德陽(yáng)氣液兩態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目的預(yù)計(jì)壽命為30年以上，另?yè)?jù)《中國(guó)能源報(bào)》報(bào)道，其他壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的壽命則可以達(dá)40-50年。而且同會(huì)出現(xiàn)衰減的電化學(xué)儲(chǔ)能不同，壓縮空氣儲(chǔ)能的周期不受限制。
成本方面，德陽(yáng)氣液兩態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能由于高壓存儲(chǔ)采用液態(tài)存儲(chǔ)，與采用鹽穴、壓力容器存儲(chǔ)高壓氣體的壓縮空氣儲(chǔ)能相比，成本可降低很多。想進(jìn)一步降低成本那還是要從儲(chǔ)氣成本、系統(tǒng)功率等級(jí)這兩方面入手，包括儲(chǔ)氣材料的突破，壓縮機(jī)和透平機(jī)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)等，像這次德陽(yáng)項(xiàng)目就是透平排氣的低壓儲(chǔ)氣技術(shù)取得了突破，使儲(chǔ)氣成本大幅下降，讓項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上有了可行性。
最后在轉(zhuǎn)換效率方面，金壇的示范項(xiàng)目設(shè)計(jì)效率是60%左右，德陽(yáng)項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首個(gè)新型二氧化碳儲(chǔ)能試驗(yàn)項(xiàng)目，與同功率等級(jí)的壓縮空氣儲(chǔ)能效率基本相當(dāng)。從理論上看，壓縮氣體儲(chǔ)能最高效率可以達(dá)到80%以上，但由于不可避免的損耗，估計(jì)最后可以達(dá)到70%的水平。
中國(guó)科學(xué)院官方訂閱號(hào)“中科院之聲”的消息顯示，目前正在河北張家口建設(shè)的100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其系統(tǒng)目標(biāo)效率將達(dá)到70%，單位裝機(jī)成本降低至450-750美元/kW，已接近抽水蓄能電站的效率及單位裝機(jī)成本，項(xiàng)目預(yù)計(jì)2021年底建成，有望在未來(lái)得到廣泛應(yīng)用。
今年9月，張家口項(xiàng)目的定子吊裝成功
電化學(xué)儲(chǔ)能后的又一個(gè)新星？
具有規(guī)模大、適用性強(qiáng)、效率高、成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲(chǔ)能技術(shù)之一。
觀察者網(wǎng)注意到，壓縮空氣儲(chǔ)能已經(jīng)被寫入國(guó)家“十四五”規(guī)劃中。除此之外，在近期發(fā)布的《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》當(dāng)中，壓縮空氣儲(chǔ)能同電化學(xué)儲(chǔ)能一道，被列入加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新型儲(chǔ)能技術(shù)。
學(xué)術(shù)界則更早意識(shí)到了壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)的重要性。在《中國(guó)能源報(bào)》2019年的報(bào)道中，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授盧強(qiáng)稱，壓縮空氣儲(chǔ)能是減少棄電、提高可再生能源利用效率的最佳方式。它可以成為電網(wǎng)削峰填谷的主力，逐漸做到不讓高效火電機(jī)組“深度調(diào)峰”；而且，只需以1:10的比例配置就可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上大幅提高風(fēng)電、光伏發(fā)電等天然綠能的利用率約20%。
中科院工程熱物理研究所研究員、副所長(zhǎng)陳海生則更是將壓縮空氣儲(chǔ)能列為唯一可與抽水蓄能相媲美的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。在《中國(guó)能源報(bào)》的報(bào)道中，他表示壓縮空氣儲(chǔ)能的規(guī)模至少要100MW，達(dá)到抽水蓄能的標(biāo)準(zhǔn)，才能發(fā)揮更大的作用。另外，效率要從現(xiàn)在的50%—60％提升到接近70％，這樣相比抽水蓄能和化學(xué)電池，就具有了足夠強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
不過(guò)，同比肩抽水蓄能這樣的遠(yuǎn)大目標(biāo)相比，目前的壓縮氣體儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)模顯然有些小。對(duì)此，東方汽輪機(jī)有限公司副總工程師孫奇向觀察者網(wǎng)表示，只要德陽(yáng)新型二氧化碳儲(chǔ)能的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能夠取得成功，由于受選址約束小，那它就可以迅速獲得推廣，系統(tǒng)擴(kuò)容也要相對(duì)容易，只需要增加足夠多的容器，再把壓縮機(jī)和發(fā)電透平功率做大或采用多單元制就可以了，擴(kuò)容后每千瓦時(shí)的成本造價(jià)也會(huì)相應(yīng)降低。
他還透露，目前二氧化碳儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)和工程化應(yīng)用我國(guó)都處于世界領(lǐng)先的地位，當(dāng)金壇的大規(guī)模鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)后，那么我國(guó)的壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)就可以說(shuō)處于世界上一個(gè)比較領(lǐng)先的位置了，后續(xù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?jié)摿薮蟆?
