藏電于氣，綠色低碳，江蘇常州金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站——

　　賦能地下鹽穴 助力高效用能（經(jīng)濟聚焦·一線(xiàn)看儲能②）

　　用電低谷時(shí)壓縮空氣，存儲在地下；用電高峰時(shí)釋放空氣，每小時(shí)能發(fā)電6萬(wàn)千瓦時(shí)。在江蘇常州金壇區，依托“非補燃”技術(shù)，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站全年可節約標準煤3萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放超6萬(wàn)噸，并為江蘇電網(wǎng)提供±6萬(wàn)千瓦調峰能力。

　　用電池蓄能，用水庫發(fā)電，似乎并不稀奇，但你是否知道，我們身邊看不見(jiàn)也摸不著(zhù)的空氣，也有同樣的功能？在江蘇省常州市金壇區的茅山腳下，就有一個(gè)由鹽穴改造的大型“充電寶”——金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站。作為空氣儲能領(lǐng)域的國家試驗示范項目，2022年5月26日，這個(gè)“非補燃”壓縮空氣儲能電站正式投產(chǎn)。

　　壓縮空氣如何實(shí)現儲能和放電？如何發(fā)揮價(jià)值？有哪些發(fā)展前景？記者帶你一起來(lái)揭秘。

　　儲能效果如何？

　　每小時(shí)能發(fā)電6萬(wàn)千瓦時(shí)

　　“丁零零——”1月28日8時(shí)56分，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站的集控室內，一陣電話(huà)鈴聲響起。當班值長(cháng)袁爾聰接起電話(huà)，電話(huà)那頭是國家電網(wǎng)江蘇電力公司調度中心的指令：要求電站1號機組于9時(shí)32分準時(shí)并網(wǎng)調峰。然而此時(shí)，電站內并沒(méi)有電——它以另外兩種能量形式儲存在空氣和儲熱介質(zhì)中。

　　“前一天21時(shí)許，正是用電低谷期，電網(wǎng)有富余的電量，我們就開(kāi)始給‘充電寶’充電。”中鹽華能儲能科技有限公司綜合事務(wù)部主任韓月峰介紹，這個(gè)過(guò)程好比給氣球打氣——地下900多米深處的巨大鹽穴是“氣球”，用電帶動(dòng)的空氣壓縮機就是“打氣筒”，將1個(gè)標準大氣壓的空氣壓縮為140個(gè)標準大氣壓的高壓空氣。

　　壓縮空氣的過(guò)程中，空氣溫度會(huì )增加到300多攝氏度。為了保證系統運行的安全，需要將高溫高壓空氣冷卻到40攝氏度左右的常溫高壓空氣。這些熱量并沒(méi)有被浪費掉，而是被換熱器“取”出來(lái)儲存在導熱油之中，存放在地面上的大型高溫導熱油罐里。就這樣，經(jīng)過(guò)夜間“充電”，電能被轉化為空氣勢能和熱能。

　　接到調令電話(huà)后，集控室里的工作人員立即忙碌起來(lái)。他們要做的，是讓空氣勢能與熱能“再度結合”，重新轉化為電能，在用電高峰期供居民使用。

　　在縱橫分布著(zhù)各類(lèi)管道的現場(chǎng)，工人們先給換熱器預熱，然后打開(kāi)鹽穴井口控制閥。瞬間，近140個(gè)標準大氣壓的高壓氣體從地底深處的鹽穴奔涌而出，在換熱器內由導熱油加熱到300多攝氏度，成為高溫高壓空氣，驅動(dòng)空氣透平膨脹機沖轉，通過(guò)軸承帶動(dòng)發(fā)電機轉動(dòng)——電，又從空氣中“重生”了。

　　9時(shí)32分，電站1號發(fā)電機組準時(shí)并入電網(wǎng)開(kāi)始發(fā)電；10分鐘后，發(fā)電機組達到60兆瓦的滿(mǎn)負荷運轉狀態(tài)；14時(shí)30分，發(fā)電機組解列，發(fā)電作業(yè)順利完成。

　　“在用電低谷時(shí)把空氣壓縮，存儲在地下鹽穴，完成一次充電的周期為8小時(shí)；在用電高峰時(shí)，釋放高壓空氣，每小時(shí)能發(fā)電6萬(wàn)千瓦時(shí)，可以連續發(fā)電5個(gè)小時(shí)，發(fā)電量可達30萬(wàn)千瓦時(shí)。”韓月峰介紹。

　　具有哪些創(chuàng )新？

　　采用“非補燃”技術(shù)，電能轉換更環(huán)保

　　由中鹽集團、中國華能集團和清華大學(xué)三方共建的金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站，可為江蘇電網(wǎng)提供±6萬(wàn)千瓦調峰能力。電站投產(chǎn)后不久，江蘇迎來(lái)了炎熱夏季。電站在7、8月間響應約40次調峰指令，其中8月份連續響應23天，甚至一天內靈活切換、多次響應，為迎峰度夏保供電貢獻了力量。

　　除此之外，近年來(lái)，隨著(zhù)風(fēng)、光等新能源的加速開(kāi)發(fā)，江蘇可再生能源發(fā)電總裝機目前達到5354.94萬(wàn)千瓦。然而，新能源發(fā)電波動(dòng)性強，在工業(yè)大省江蘇，發(fā)電峰谷差高達50%，給電網(wǎng)的安全穩定運行帶來(lái)隱患，建設大規模儲能設施尤為必要。

　　“目前儲能辦法有物理儲能和化學(xué)儲能兩種。前者包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等，后者包括各種電池儲能。”金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站項目首席科學(xué)家、清華大學(xué)電機系教授梅生偉告訴記者，壓縮空氣儲能電站規模大、建設快、安全環(huán)保，是新型儲能的重要發(fā)展方向之一。

　　當然，壓縮空氣儲能電站的建設，也需要豐富的鹽穴資源和成熟的造腔經(jīng)驗支撐，對建設環(huán)境提出了一定的要求。鹽穴，即地下鹽層被開(kāi)采后留下的空腔，密封性良好且多數處于閑置狀態(tài)，是儲存高壓空氣的理想場(chǎng)所。“金壇擁有鹽穴資源約1000萬(wàn)立方米。”中鹽金壇公司鹽礦礦長(cháng)徐孜俊介紹，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站使用的茅八井鹽穴，容積約22萬(wàn)立方米，可承受200個(gè)標準大氣壓。

　　利用鹽穴來(lái)儲能發(fā)電在其他國家并非沒(méi)有先例，但采取“非補燃”技術(shù)卻是國內首創(chuàng )。“鹽穴的高壓空氣被釋放出來(lái)后，需要加熱膨脹產(chǎn)生更大推力，此前國外已投運的電站都通過(guò)燃燒天然氣來(lái)加熱，‘補燃’過(guò)程會(huì )產(chǎn)生碳排放。”梅生偉介紹，金壇項目將壓縮空氣過(guò)程中產(chǎn)生的熱能儲存起來(lái)，發(fā)電時(shí)再將熱能釋放，將電能轉換效率提升至60%以上。據測算，該項目全年可節約標準煤3萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放超6萬(wàn)噸。

　　發(fā)展空間怎樣？

　　建設成本將隨技術(shù)不斷成熟大幅降低

　　記者看到，在金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站附近，還留有大片建設用地。據了解，金壇鹽穴壓縮空氣儲能二期項目規模計劃400兆瓦，三期項目規模預計1000兆瓦。

　　“鹽穴壓縮空氣儲能是個(gè)綜合能源系統。”梅生偉認為，鹽穴壓縮空氣儲能未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化前景，取決于兩大方面——降低建設成本、提高電能轉換效率，說(shuō)到底就是技術(shù)創(chuàng )新。

　　“比如，大流量高溫壓縮機、大功率熱交換設備、透平膨脹機等關(guān)鍵設備的研制都需要從零開(kāi)始，和廠(chǎng)家技術(shù)人員邊研究邊開(kāi)發(fā)。”梅生偉告訴記者，從項目立項到正式投產(chǎn)，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站歷經(jīng)10年研發(fā)、兩年建設。在這個(gè)過(guò)程中，關(guān)鍵設備實(shí)現100%國產(chǎn)化，申請專(zhuān)利百余項。“目前的建設成本約為7000元/千瓦，但隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟，未來(lái)的建設成本會(huì )大幅降低。”

　　梅生偉介紹，在提高效率方面，研發(fā)團隊正在嘗試“雙管齊下”：一是目前的儲熱技術(shù)采用導熱油，屬于中溫儲熱，如果未來(lái)采用熔融鹽實(shí)現高溫儲熱，電能轉換效率有望從60%提高到70%；二是鹽穴儲氣屬于定容儲氣，充放氣過(guò)程中壓力一直在變化，影響設備運行效率，正在研發(fā)中的定壓儲氣技術(shù)將實(shí)現恒壓充氣和放氣，進(jìn)一步提高系統電能轉換效率。

　　規模發(fā)展的另一支撐是電價(jià)政策。國家發(fā)展改革委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步推動(dòng)新型儲能參與電力市場(chǎng)和調度運用的通知》，從電價(jià)、交易及調度機制等方面對新型儲能參與電力市場(chǎng)與調度運營(yíng)做出規定。“目前電站的電價(jià)政策還在研究之中，各級主管部門(mén)對項目也都非常支持。”梅生偉告訴記者，清華大學(xué)參與的8座共1350兆瓦壓縮空氣儲能電站，即將在兩年內陸續建成投用。“相信隨著(zhù)建設成本和轉換效率的不斷優(yōu)化，以及價(jià)格體系的持續完善，會(huì )有更多的機構和地方參與到壓縮空氣儲能電站的建設中，為新能源高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng )造更多有利條件。”

　　版式設計：張丹峰