科技日?qǐng)?bào)記者 張曄
9月30日上午9時(shí)47分，壓力超過100個(gè)大氣壓的空氣從地下千米深處的鹽穴奔涌而出，驅(qū)動(dòng)世界最大的空氣透平做功，向國家電網(wǎng)發(fā)出我國首個(gè)大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站第一度電。世界首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站——江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國家試驗(yàn)示范項(xiàng)目并網(wǎng)試驗(yàn)成功！標(biāo)志著我國新型儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用取得重大進(jìn)展。
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授盧強(qiáng)等在現(xiàn)場(chǎng)見證了這一重要時(shí)刻。
什么是鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能
儲(chǔ)能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，隨著光伏和海上風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)，我國清潔能源裝機(jī)容量迅猛增加。以江蘇為例，截至2020年底已突破4000萬千瓦，占全省發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?2.8%。然而，新能源“看天吃飯”的特性使得電網(wǎng)出現(xiàn)較大峰谷差，面臨巨大的新能源消納和電力供需平衡壓力。
目前，利用抽水蓄能實(shí)現(xiàn)電能大規(guī)模儲(chǔ)存和“削峰填谷”，是較普遍的解決方案。但是，抽水蓄能對(duì)項(xiàng)目選址要求較高，投資大、建設(shè)周期長。目前江蘇省抽水蓄能資源幾乎已開發(fā)殆盡。
相比之下，地下鹽穴儲(chǔ)能壽命長、成本低、安全環(huán)保、占地面積小，成為大規(guī)模儲(chǔ)能發(fā)展的重要方向。鹽穴是水溶采鹽后形成的巨大腔穴，具有容積大、密閉好、穩(wěn)定性高的天然優(yōu)勢(shì)，可為壓縮空氣儲(chǔ)能提供優(yōu)良的儲(chǔ)氣條件。
鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能是一種利用地下鹽穴儲(chǔ)氣的大容量物理儲(chǔ)能技術(shù)，其利用低谷電能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。具有容量大、壽命長、安全環(huán)保等優(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)。
目前，金壇擁有地下鹽穴儲(chǔ)氣庫約1000萬立方米，理論上可以建設(shè)超過4000兆瓦的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。這些鹽穴在地下1000米深處，地質(zhì)條件穩(wěn)定，腔穴形態(tài)優(yōu)異，壓縮空氣注入其中不會(huì)發(fā)生泄露。
非補(bǔ)燃技術(shù)實(shí)現(xiàn)零碳排放
該項(xiàng)目與國外同類電站相比，最大創(chuàng)新點(diǎn)是在世界上首次采用非補(bǔ)燃技術(shù)，在壓縮空氣發(fā)電過程中不依賴外界能源，從而實(shí)現(xiàn)零碳排放。
據(jù)技術(shù)人員介紹，該項(xiàng)目在夜晚電力較為富余時(shí)，將空氣壓縮注入地下鹽穴，壓縮過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，這些熱能通過熱交換設(shè)備儲(chǔ)存在油罐中。到了白天電力需求較大時(shí)，壓縮空氣被釋放出來，并利用油罐中的熱能加熱，進(jìn)入透平（一種氣輪機(jī)）發(fā)電。
目前，當(dāng)前國際上投入商運(yùn)的2套壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)為補(bǔ)燃式，去除化石燃料部分其電能轉(zhuǎn)換效率只有20%左右。金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能工程采用非補(bǔ)燃式技術(shù)后，可將電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上，全過程無燃燒、無排放。
該項(xiàng)目首席科學(xué)家，青海大學(xué)副校長、清華大學(xué)教授梅生偉介紹，此次并網(wǎng)試驗(yàn)成功驗(yàn)證了鹽穴儲(chǔ)氣、儲(chǔ)熱換熱、新型空氣透平發(fā)電系統(tǒng)所有首臺(tái)套設(shè)備的研制成果，為非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，是壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的重要里程碑，將為我國壓縮空氣儲(chǔ)能乃至能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力支撐。
該項(xiàng)目于2017年獲國家能源局立項(xiàng)，是壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域唯一國家示范項(xiàng)目，也是國家能源局和江蘇省重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，由中鹽集團(tuán)、中國華能集團(tuán)和清華大學(xué)共同開發(fā)，一期工程發(fā)電裝機(jī)60兆瓦，儲(chǔ)能容量300兆瓦時(shí)，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模1000兆瓦。
中國創(chuàng)造與中國制造齊頭并進(jìn)
作為世界首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站，該項(xiàng)目所有主設(shè)備均為國產(chǎn)首臺(tái)套。項(xiàng)目承擔(dān)方充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，中鹽集團(tuán)利用先進(jìn)的造腔和注采技術(shù)，承擔(dān)地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)；中國華能發(fā)揮電力專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，承擔(dān)項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)維。
同時(shí)，項(xiàng)目建設(shè)還集結(jié)了我國能源行業(yè)的“國家隊(duì)”：國家電網(wǎng)、東方電氣、哈爾濱電氣、上海電氣、中國能建、中國電建、中國石油、中國石化、沈鼓集團(tuán)和浙建集團(tuán)均參與了項(xiàng)目建設(shè)。
在“中國創(chuàng)造”實(shí)踐方面，該項(xiàng)目依托清華大學(xué)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能技術(shù)，申請(qǐng)專利百余項(xiàng)，建立了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系；研發(fā)了高負(fù)荷離心壓縮機(jī)、高參數(shù)換熱器、大型空氣透平等核心設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了主裝備完全國產(chǎn)化。在 “中國標(biāo)準(zhǔn)”創(chuàng)建方面，該項(xiàng)目發(fā)布了我國首個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能電站KKS編碼標(biāo)準(zhǔn)，立項(xiàng)壓縮空氣儲(chǔ)能首個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)、首個(gè)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及3個(gè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，逐漸形成中國壓縮空氣儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系。
負(fù)責(zé)該項(xiàng)目基建和運(yùn)維的華能金陵電廠專業(yè)團(tuán)隊(duì)介紹，本次并網(wǎng)試驗(yàn)標(biāo)志著項(xiàng)目三方團(tuán)隊(duì)已將鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能這一新型儲(chǔ)能技術(shù)，從“計(jì)算公式”落地為“設(shè)計(jì)圖紙”，經(jīng)建設(shè)安裝成為“廠房設(shè)備”，經(jīng)調(diào)試運(yùn)行發(fā)出“第一度電”，是對(duì)大型非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站技術(shù)流程的成功驗(yàn)證。
