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江蘇常州金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站

發(fā)布日期:2023-02-07  來源:人民日報

核心提示:用電低谷時壓縮空氣,存儲在地下;用電高峰時釋放空氣,每小時能發(fā)電6萬千瓦時。在江蘇常州金壇區(qū),依托非補燃技術(shù),金壇鹽穴壓
 用電低谷時壓縮空氣,存儲在地下;用電高峰時釋放空氣,每小時能發(fā)電6萬千瓦時。在江蘇常州金壇區(qū),依托“非補燃”技術(shù),金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3萬噸,減少二氧化碳排放超6萬噸,并為江蘇電網(wǎng)提供±6萬千瓦調(diào)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,我們身邊看不見也摸不著的空氣,也有同樣的功能?在江蘇省常州市金壇區(qū)的茅山腳下,就有一個由鹽穴改造的大型“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“非補燃”壓縮空氣儲能電站正式投產(chǎn)。
 
壓縮空氣如何實現(xiàn)儲能和放電?如何發(fā)揮價值?有哪些發(fā)展前景?記者帶你一起來揭秘。
 
儲能效果如何?
 
每小時能發(fā)電6萬千瓦時
 
“丁零零——”1月28日8時56分,金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站的集控室內(nèi),一陣電話鈴聲響起。當(dāng)班值長袁爾聰接起電話,電話那頭是國家電網(wǎng)江蘇電力公司調(diào)度中心的指令:要求電站1號機(jī)組于9時32分準(zhǔn)時并網(wǎng)調(diào)峰。然而此時,電站內(nèi)并沒有電——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時許,正是用電低谷期,電網(wǎng)有富余的電量,我們就開始給‘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,這個過程好比給氣球打氣——地下900多米深處的巨大鹽穴是“氣球”,用電帶動的空氣壓縮機(jī)就是“打氣筒”,將1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣壓縮為140個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高壓空氣。
 
壓縮空氣的過程中,空氣溫度會增加到300多攝氏度。為了保證系統(tǒng)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。這些熱量并沒有被浪費掉,而是被換熱器“取”出來儲存在導(dǎo)熱油之中,存放在地面上的大型高溫導(dǎo)熱油罐里。就這樣,經(jīng)過夜間“充電”,電能被轉(zhuǎn)化為空氣勢能和熱能。
 
接到調(diào)令電話后,集控室里的工作人員立即忙碌起來。他們要做的,是讓空氣勢能與熱能“再度結(jié)合”,重新轉(zhuǎn)化為電能,在用電高峰期供居民使用。
 
在縱橫分布著各類管道的現(xiàn)場,工人們先給換熱器預(yù)熱,然后打開鹽穴井口控制閥。瞬間,近140個標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)由導(dǎo)熱油加熱到300多攝氏度,成為高溫高壓空氣,驅(qū)動空氣透平膨脹機(jī)沖轉(zhuǎn),通過軸承帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動——電,又從空氣中“重生”了。
 
9時32分,電站1號發(fā)電機(jī)組準(zhǔn)時并入電網(wǎng)開始發(fā)電;10分鐘后,發(fā)電機(jī)組達(dá)到60兆瓦的滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)狀態(tài);14時30分,發(fā)電機(jī)組解列,發(fā)電作業(yè)順利完成。
 
“在用電低谷時把空氣壓縮,存儲在地下鹽穴,完成一次充電的周期為8小時;在用電高峰時,釋放高壓空氣,每小時能發(fā)電6萬千瓦時,可以連續(xù)發(fā)電5個小時,發(fā)電量可達(dá)30萬千瓦時。”韓月峰介紹。
 
具有哪些創(chuàng)新?
 
采用“非補燃”技術(shù),電能轉(zhuǎn)換更環(huán)保
 
由中鹽集團(tuán)、中國華能集團(tuán)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±6萬千瓦調(diào)峰能力。電站投產(chǎn)后不久,江蘇迎來了炎熱夏季。電站在7、8月間響應(yīng)約40次調(diào)峰指令,其中8月份連續(xù)響應(yīng)23天,甚至一天內(nèi)靈活切換、多次響應(yīng),為迎峰度夏保供電貢獻(xiàn)了力量。
 
除此之外,近年來,隨著風(fēng)、光等新能源的加速開發(fā),江蘇可再生能源發(fā)電總裝機(jī)目前達(dá)到5354.94萬千瓦。然而,新能源發(fā)電波動性強(qiáng),在工業(yè)大省江蘇,發(fā)電峰谷差高達(dá)50%,給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來隱患,建設(shè)大規(guī)模儲能設(shè)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(jī)系教授梅生偉告訴記者,壓縮空氣儲能電站規(guī)模大、建設(shè)快、安全環(huán)保,是新型儲能的重要發(fā)展方向之一。
 
當(dāng)然,壓縮空氣儲能電站的建設(shè),也需要豐富的鹽穴資源和成熟的造腔經(jīng)驗支撐,對建設(shè)環(huán)境提出了一定的要求。鹽穴,即地下鹽層被開采后留下的空腔,密封性良好且多數(shù)處于閑置狀態(tài),是儲存高壓空氣的理想場所。“金壇擁有鹽穴資源約1000萬立方米。”中鹽金壇公司鹽礦礦長徐孜俊介紹,金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站使用的茅八井鹽穴,容積約22萬立方米,可承受200個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
 
利用鹽穴來儲能發(fā)電在其他國家并非沒有先例,但采取“非補燃”技術(shù)卻是國內(nèi)首創(chuàng)。“鹽穴的高壓空氣被釋放出來后,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燃燒天然氣來加熱,‘補燃’過程會產(chǎn)生碳排放。”梅生偉介紹,金壇項目將壓縮空氣過程中產(chǎn)生的熱能儲存起來,發(fā)電時再將熱能釋放,將電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上。據(jù)測算,該項目全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3萬噸,減少二氧化碳排放超6萬噸。
 
發(fā)展空間怎樣?
 
建設(shè)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(shè)用地。據(jù)了解,金壇鹽穴壓縮空氣儲能二期項目規(guī)模計劃400兆瓦,三期項目規(guī)模預(yù)計1000兆瓦。
 
“鹽穴壓縮空氣儲能是個綜合能源系統(tǒng)。”梅生偉認(rèn)為,鹽穴壓縮空氣儲能未來的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化前景,取決于兩大方面——降低建設(shè)成本、提高電能轉(zhuǎn)換效率,說到底就是技術(shù)創(chuàng)新。
 
“比如,大流量高溫壓縮機(jī)、大功率熱交換設(shè)備、透平膨脹機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的研制都需要從零開始,和廠家技術(shù)人員邊研究邊開發(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(shè)。在這個過程中,關(guān)鍵設(shè)備實現(xiàn)100%國產(chǎn)化,申請專利百余項。“目前的建設(shè)成本約為7000元/千瓦,但隨著技術(shù)的不斷成熟,未來的建設(shè)成本會大幅降低。”
 
梅生偉介紹,在提高效率方面,研發(fā)團(tuán)隊正在嘗試“雙管齊下”:一是目前的儲熱技術(shù)采用導(dǎo)熱油,屬于中溫儲熱,如果未來采用熔融鹽實現(xiàn)高溫儲熱,電能轉(zhuǎn)換效率有望從60%提高到70%;二是鹽穴儲氣屬于定容儲氣,充放氣過程中壓力一直在變化,影響設(shè)備運行效率,正在研發(fā)中的定壓儲氣技術(shù)將實現(xiàn)恒壓充氣和放氣,進(jìn)一步提高系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換效率。
 
規(guī)模發(fā)展的另一支撐是電價政策。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)一步推動新型儲能參與電力市場和調(diào)度運用的通知》,從電價、交易及調(diào)度機(jī)制等方面對新型儲能參與電力市場與調(diào)度運營做出規(guī)定。“目前電站的電價政策還在研究之中,各級主管部門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(nèi)陸續(xù)建成投用。“相信隨著建設(shè)成本和轉(zhuǎn)換效率的不斷優(yōu)化,以及價格體系的持續(xù)完善,會有更多的機(jī)構(gòu)和地方參與到壓縮空氣儲能電站的建設(shè)中,為新能源高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造更多有利條件。”

 
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