中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：壓縮空氣儲(chǔ)能具有規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，正在從示范應(yīng)用逐步走向市場(chǎng)。
據(jù)科技日?qǐng)?bào)，近日，華能金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電二期項(xiàng)目在江蘇常州正式開工，這是目前世界上單機(jī)功率最大、總?cè)萘孔畲?、綜合效率最高的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
華能金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電二期項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)兩套35萬千瓦非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能機(jī)組，鹽穴總?cè)莘e達(dá)120萬立方米。項(xiàng)目建成后，一次充電可儲(chǔ)存電量280萬千瓦時(shí)，年預(yù)計(jì)充放電330次，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤27萬噸、減少二氧化碳排放52萬噸。
作為江蘇省重大項(xiàng)目和華能集團(tuán)“十大科技專項(xiàng)”重點(diǎn)任務(wù)，該項(xiàng)目研發(fā)制造出世界最先進(jìn)的空氣透平和壓縮機(jī)組，實(shí)現(xiàn)核心設(shè)備的100%國產(chǎn)化。
作為一種物理儲(chǔ)能技術(shù)，壓縮空氣儲(chǔ)能是通過物理變化即對(duì)空氣的壓縮和膨脹來實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。在儲(chǔ)能階段，利用電網(wǎng)富余電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)，把常壓空氣壓縮成高壓狀態(tài)，儲(chǔ)存到地下鹽穴，完成由電能向勢(shì)能的轉(zhuǎn)化。當(dāng)電力緊張時(shí)釋放高壓空氣，推動(dòng)膨脹機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)調(diào)度。與電化學(xué)儲(chǔ)能相比，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)使用壽命更長，可達(dá)30年至50年，因而成本更低。
世界上第一座投入商業(yè)運(yùn)行壓縮空氣儲(chǔ)能電站是德國Kraftwerk Huntorf電站，于1978年投入使用。其機(jī)組的壓縮機(jī)功率為60MW，釋能輸出功率為290MW，該電廠在2007年進(jìn)行了改造，實(shí)施改造是為了實(shí)現(xiàn)更高的功率，最高可達(dá)320MW，能源效率(RTE)為42%。在該電廠中，壓縮空氣儲(chǔ)存在兩個(gè)約310000m3的鹽穴中，運(yùn)行壓力為43~70bar（4.3MPa~7MPa），深度為600m。該電站運(yùn)行至今，主要用于熱備用和平滑負(fù)荷。
在非高峰負(fù)荷期間，電機(jī)消耗電力來壓縮空氣并將其儲(chǔ)存在地下鹽穴中。之后在高峰負(fù)荷期間，該過程將逆向進(jìn)行，將壓縮空氣與天然氣混合并燃燒以產(chǎn)生電力。燃?xì)廨啓C(jī)通常使用約2/3的功率輸出來壓縮燃燒空氣，因此當(dāng)壓縮機(jī)由儲(chǔ)存的壓縮空氣供應(yīng)并與膨脹機(jī)分離時(shí)，額定功率將增大3倍。與傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)相比，該工廠每千瓦時(shí)消耗的天然氣僅為1/3，因此效率更高，污染物排放量更少。
圖3 德國Kraftwerk Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站能量轉(zhuǎn)換示意圖
表1 德國Kraftwerk Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站運(yùn)行基本參數(shù)
美國在1991年投運(yùn)了Alabama州的McIntosh壓縮空氣儲(chǔ)能電站，該項(xiàng)目是世界上第二個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目,建設(shè)成本估計(jì)為6500萬美元.壓縮空氣儲(chǔ)存在深度約450米，上下高差約300米，寬約60米，容積約538000m3的鹽穴中,壓縮空氣儲(chǔ)氣壓力為7.5MPa。該電站輸出功率為110MW，壓縮機(jī)組功率為50MW，運(yùn)行效率54%，，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)41小時(shí)空氣壓縮和26小時(shí)發(fā)電，機(jī)組從啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)約需9分鐘。
2001年，日本上砂川盯壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目于北海道空知郡投入運(yùn)行。輸出功率為 4MW，儲(chǔ)氣庫利用廢棄的煤礦巷道，巷道直徑6m，長57m，埋450m，容積約1600m3，最大內(nèi)壓8MPa，隧道內(nèi)襯為0.7m厚的混凝土。襯砌為分塊式混凝土預(yù)制塊，混凝土塊之間設(shè)置接縫填充物，分塊式混凝土層外側(cè)為回填混凝土層，內(nèi)襯由3層3mm厚的丁基橡膠和尼龍加強(qiáng)網(wǎng)組成。此外，日本還在神岡進(jìn)行了采用水幕密封無襯砌洞室的示范研究項(xiàng)目。
總部位于多倫多的HYDROSTOR公司是開發(fā)長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的企業(yè)之一，該公司的儲(chǔ)能技術(shù)已超越實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，目前正專注于打造大型儲(chǔ)能系統(tǒng)。該公司制造的系統(tǒng)以壓縮空氣的形式將能量儲(chǔ)存在地下，HYDROSTOR的第一個(gè)上線大型項(xiàng)目可能是澳大利亞銀城能源存儲(chǔ)中心，該中心將能夠以200兆瓦的功率放電長達(dá)8小時(shí)。該項(xiàng)目建設(shè)工作于2024年底開始，該工廠將于2027年中期投入運(yùn)營。
下一個(gè)項(xiàng)目將是位于加州克恩縣羅莎蒙德附近的Willow Rock能源存儲(chǔ)中心，其容量為500兆瓦，能夠以該水平運(yùn)行八小時(shí)。HYDROSTOR計(jì)劃于明年年底開始建設(shè)，并在2030年前投入運(yùn)營。與其他一些長期儲(chǔ)能公司不同，HYDROSTOR已經(jīng)證明了其技術(shù)。該公司自2019年以來在安大略省戈德里奇運(yùn)營著一座1.75兆瓦的小型發(fā)電廠，每次可運(yùn)行約6小時(shí)。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)被比喻為“空氣充電寶”，具有規(guī)模大、成本低、壽命長、清潔無污染、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。近年來，新型儲(chǔ)能技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)，技術(shù)路線“百花齊放”，壓縮空氣儲(chǔ)能憑借多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，正在從示范應(yīng)用逐步走向市場(chǎng)。
2024年4月30日，在山東省泰安市肥城經(jīng)開區(qū)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)園，國際首套300MW/1800MWh先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站首次并網(wǎng)發(fā)電并一次成功，這是全球規(guī)模最大的壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目,也是國內(nèi)新型儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)里程碑,將提高國內(nèi)新能源的消納能力。300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站基于中國科學(xué)院工程熱物理研究所原創(chuàng)提出的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)建設(shè),在用電低谷時(shí),利用電能將常壓空氣進(jìn)行壓縮并儲(chǔ)存在地下鹽穴中,同時(shí)將壓縮儲(chǔ)氣過程中產(chǎn)生的熱量回收;在用電高峰期,地下鹽穴的高壓空氣會(huì)被釋放,攜帶儲(chǔ)存的熱量一起推動(dòng)膨脹機(jī)做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,就像一個(gè)“超級(jí)充電寶”。該電站建設(shè)規(guī)模為300兆瓦/1800兆瓦時(shí),可實(shí)現(xiàn)連續(xù)放電6小時(shí),年發(fā)電約6億度,能保障超過20萬戶家庭的用電需求。儲(chǔ)1度電最終能放出0.72度電,可有效提升區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰能力,促進(jìn)風(fēng)電、光電等新能源消納,每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約18.9萬噸,減少二氧化碳排放約49萬噸。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)作為清潔高效的能源儲(chǔ)存方式，不僅有助于降低溫室氣體排放，減緩氣候變化，還具備高靈活性、強(qiáng)適應(yīng)性和長壽命等優(yōu)勢(shì)，適用于不同規(guī)模的能源儲(chǔ)存需求。在發(fā)電、輸電和消費(fèi)側(cè)，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)都能發(fā)揮重要作用，提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低用電成本。盡管面臨系統(tǒng)效率、成本等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)進(jìn)步和政策支持，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)技術(shù)有望未來推動(dòng)清潔能源領(lǐng)域的發(fā)展。
