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近日，壓力超過100個大氣壓的空氣從地下千米深處的鹽穴奔涌而出，驅動世界最大的空氣透平做功，向國家電網發出我國首個大型壓縮空氣儲能電站第一度電。

這標志著世界(jie)首個非(fei)補燃(ran)壓縮空氣儲能(neng)電站——江(jiang)蘇金壇鹽(yan)穴壓縮空氣儲能(neng)國家試驗(yan)示范項目并(bing)網(wang)試驗(yan)成(cheng)功，我國新型儲能(neng)技術的(de)研(yan)發和應用取得(de)重大進展(zhan)。

該電站(zhan)是(shi)壓縮空氣(qi)儲(chu)能領域唯一國家(jia)示(shi)范項目(mu)，也(ye)是(shi)國家(jia)能源局和江蘇省重點(dian)推進(jin)項目(mu)，一期(qi)工(gong)程發(fa)電裝機60兆(zhao)(zhao)瓦，儲(chu)能容量(liang)300兆(zhao)(zhao)瓦時(shi)，遠期(qi)建設規模(mo)1000兆(zhao)(zhao)瓦。

什么(me)是鹽(yan)穴壓(ya)縮空氣儲能(neng)？非補燃意(yi)味著(zhu)什么(me)？這種儲能(neng)發電(dian)方式(shi)投(tou)運將(jiang)會為電(dian)網安全和發展清(qing)潔能(neng)源帶(dai)來哪些改變？

什么是鹽穴壓縮空氣儲能

行車(che)在江蘇常(chang)州金(jin)壇西(xi)北部的(de)丘(qiu)陵地帶，茶園(yuan)清(qing)新(xin)，山嵐曼妙。誰能想到，地下一千(qian)多(duo)米的(de)深處，是一個巨大(da)的(de)鹽礦。

金壇探明的地下鹽礦面(mian)積為66.5平方公里(li)，總儲量(liang)達125億多噸，相當于兩(liang)個半太湖的水(shui)重(zhong)量(liang)。

開采(cai)地(di)下鹽(yan)礦通常(chang)是將水注入鹽(yan)層(ceng)，待鹽(yan)溶解后(hou)再(zai)抽(chou)出鹵水，鹽(yan)礦開采(cai)結束后(hou)形(xing)成(cheng)了一(yi)個個地(di)下鹽(yan)穴(xue)。

中鹽華能(neng)儲(chu)能(neng)科技有(you)限公司副(fu)總經理(li)王國華介紹，這些鹽穴(xue)在(zai)地下1000米深處，通過造腔和注(zhu)采技術(shu)控(kong)制，腔穴(xue)形態有(you)的似(si)鐘，有(you)的像梨，而且這里(li)地質條件穩定，是(shi)天然的儲(chu)氣(qi)罐。

過(guo)去，世界各國都(dou)在探索利用地(di)下空間儲存石油、天然氣(qi)等能源。現在，隨著鹽穴壓縮空氣(qi)儲能項目成功發電，鹽穴又有(you)了新的(de)用途。

近年(nian)來，隨著光(guang)伏和(he)海上風電的大(da)規模開(kai)發，我國清潔能(neng)源(yuan)裝(zhuang)機(ji)容量迅猛增(zeng)加。以江(jiang)蘇為例，截至2020年(nian)底已突(tu)破4000萬千瓦，占(zhan)全省發電裝(zhuang)機(ji)總容量的22.8%。新能(neng)源(yuan)“看天吃飯”的特性(xing)使得電網出現較大(da)峰(feng)谷差，面臨(lin)巨大(da)的新能(neng)源(yuan)消(xiao)納和(he)電力供需(xu)平衡(heng)壓(ya)力。

據(ju)測算(suan)，一旦新能源電(dian)力在電(dian)網中的占比達(da)到一定程度(du)，電(dian)網就處于極不安全(quan)的狀態。因此(ci)，建設大(da)規(gui)模儲能發(fa)電(dian)設施，成為構建新型電(dian)力系(xi)統、實現“碳(tan)達(da)峰、碳(tan)中和”的迫切需求。

國家(jia)電網常(chang)州(zhou)供(gong)電公司項(xiang)目管(guan)理中心副主任(ren)張雄(xiong)偉介紹，抽水蓄(xu)能是實現電能大規(gui)模(mo)儲存(cun)和“削峰填谷”較(jiao)普遍的解決方(fang)案(an)，但目前江蘇省抽水蓄(xu)能資源幾乎已(yi)開(kai)發(fa)殆盡。相比(bi)之下，鹽穴儲能壽命(ming)長(chang)、成本(ben)低、安全環保、占(zhan)地面積小(xiao)，成為大規(gui)模(mo)儲能發(fa)展的重要(yao)方(fang)向。

目前，金壇(tan)擁有地下(xia)鹽(yan)穴(xue)儲(chu)(chu)氣(qi)庫約(yue)1000萬立方(fang)米，理論(lun)上(shang)可以建設超過4000兆瓦的壓縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能電站。

非補燃技術實現零碳排放

壓縮(suo)空(kong)氣儲(chu)能并非新技術，但數十(shi)年(nian)來，相關工程基本處于(yu)停滯不(bu)前的狀態(tai)。

“目前，國際上投(tou)入(ru)商運的2套壓縮空氣儲能電站均為補燃式，系(xi)統運行過程(cheng)中需(xu)要(yao)消耗化(hua)石(shi)燃料(liao)，其電能轉換效率(lv)較低(di)。”該項(xiang)目總工程(cheng)師、清華大學電機系(xi)教師薛(xue)小(xiao)代告(gao)訴記者，這樣(yang)的運行方式既不經(jing)濟也不環保。

如何尋找突破口？

2011年(nian)，清華大學(xue)盧(lu)強、梅生(sheng)偉團隊開始探索非補燃式技(ji)術(shu)路(lu)線。經過數年(nian)的(de)(de)研(yan)發(fa)(fa)、小規(gui)模試驗，全套(tao)(tao)技(ji)術(shu)方(fang)案逐漸(jian)成熟起來(lai)，科研(yan)人員不滿足于“制作盆(pen)景”，他們渴(ke)望建設一(yi)套(tao)(tao)商(shang)業化運(yun)行的(de)(de)大型(xing)壓縮空氣儲能(neng)電站(zhan)。2017年(nian)，國(guo)家能(neng)源局(ju)批準中(zhong)鹽(yan)集團、中(zhong)國(guo)華能(neng)集團與清華大學(xue)共同實(shi)施鹽(yan)穴(xue)壓縮空氣儲能(neng)發(fa)(fa)電系統國(guo)家示范項目(mu)，三方(fang)專(zhuan)家會聚金壇，蓄勢勃(bo)發(fa)(fa)。

清(qing)華大學(xue)盧強院(yuan)士介(jie)紹(shao)說，該項目與國外同(tong)類電(dian)站相比，最(zui)大創(chuang)新點是在(zai)(zai)世界(jie)上首次采用非(fei)補燃技術，在(zai)(zai)壓縮(suo)空(kong)氣(qi)發電(dian)過程中不依賴外界(jie)能(neng)源(yuan)，從而實(shi)現零碳(tan)排放(fang)。

在夜晚電力(li)較為富余時(shi)，利(li)用多(duo)級壓縮(suo)機，將空氣壓縮(suo)注入地下(xia)鹽穴，氣壓達到(dao)12-14兆帕，完成了電能(neng)(neng)到(dao)空氣壓力(li)勢能(neng)(neng)的轉換(huan)。

壓縮空氣過(guo)程中產生大量(liang)的(de)熱能，溫度可達300攝氏度，在國(guo)外(wai)裝置(zhi)中這些熱能白(bai)白(bai)浪(lang)費(fei)掉，我國(guo)的(de)辦法則(ze)是將熱能通過(guo)熱交換設備儲(chu)存在幾個(ge)巨大的(de)儲(chu)熱裝置(zhi)中，實現(xian)能量(liang)的(de)存儲(chu)轉化。

到了白天電(dian)力需求較大時，壓縮空(kong)(kong)氣被釋放出(chu)來，并利用儲熱(re)裝置(zhi)中的(de)(de)熱(re)能加熱(re)，成為數百度的(de)(de)高溫高壓氣，進入空(kong)(kong)氣透平發(fa)電(dian)，完成空(kong)(kong)氣壓力勢能到電(dian)能的(de)(de)轉換。

多了(le)熱(re)交換，少了(le)燃(ran)氣加(jia)熱(re)，一進(jin)一出(chu)后，金壇鹽(yan)穴壓(ya)縮空(kong)氣儲(chu)能工程(cheng)的電能轉換效率提升至60%以上，并且全過程(cheng)無(wu)燃(ran)燒、無(wu)排放。

該(gai)項目(mu)首席(xi)科學(xue)家，青(qing)海(hai)大(da)學(xue)副校長、清華(hua)大(da)學(xue)教授梅生偉介紹(shao)，此次并網試(shi)驗成功驗證了鹽穴儲(chu)(chu)氣(qi)、儲(chu)(chu)熱(re)換(huan)熱(re)、新(xin)型空氣(qi)透平發電系統所有首臺套設(she)備的(de)研制成果，為非補燃壓(ya)縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能技(ji)術的(de)商業化應用奠定(ding)了基礎，是壓(ya)縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能技(ji)術研發和應用的(de)重(zhong)要里程碑，將為我國壓(ya)縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能乃至(zhi)能源產(chan)業的(de)可持(chi)續發展提(ti)供(gong)強有力支(zhi)撐。

中國創造與中國制造齊頭并進

鹽穴壓縮空氣儲能發電理(li)論上推導很簡單，但是將原理(li)圖轉化為工程應用并不容易，每一步都凝(ning)結著設(she)計團隊的縝密(mi)思考和(he)辛勤付出。

“我們遇到最大(da)的障礙就是關(guan)鍵設(she)備(bei)基本空白。”梅生偉(wei)告(gao)訴(su)記者，大(da)流量(liang)壓縮機，大(da)功率換(huan)華（熱交(jiao)換(huan)設(she)備(bei)），透平(ping)膨脹機等關(guan)鍵設(she)備(bei)在(zai)國內都找不(bu)到現成(cheng)的，只有帶著相關(guan)廠家技(ji)術人員在(zai)現場研究敲定如何(he)開發。

作(zuo)為(wei)世界首個非補燃壓縮空氣儲能(neng)電站(zhan)，該項(xiang)(xiang)目所(suo)有主設(she)備均為(wei)國產(chan)首臺套。項(xiang)(xiang)目承擔方充分(fen)發(fa)揮(hui)各自優勢，中鹽集團利用先(xian)進的造腔和注采技術(shu)，承擔地下儲氣庫建設(she)；中國華能(neng)發(fa)揮(hui)電力(li)專業(ye)技術(shu)優勢，承擔項(xiang)(xiang)目的建設(she)和運(yun)維(wei)。

同時，項(xiang)目建(jian)設還集結了(le)我國(guo)能源行業的(de)“國(guo)家隊”：國(guo)家電網(wang)、東方(fang)電氣(qi)、哈爾(er)濱(bin)電氣(qi)、上(shang)海電氣(qi)、中國(guo)能建(jian)、中國(guo)電建(jian)、中國(guo)石油、中國(guo)石化、沈鼓集團(tuan)(tuan)和浙建(jian)集團(tuan)(tuan)均參與了(le)項(xiang)目建(jian)設。

在(zai)“中國創造(zao)”實踐方面(mian)，該項(xiang)目(mu)依托清華大(da)學非補燃壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)儲能技術，申請專(zhuan)利百(bai)余(yu)項(xiang)，建立(li)了具有完全自主(zhu)知識產權的技術體系；研發了高負荷離心壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機、高參數換熱器、大(da)型空(kong)氣(qi)透平等核心設備，實現了主(zhu)裝(zhuang)備完全國產化。在(zai)“中國標(biao)(biao)準”創建方面(mian)，該項(xiang)目(mu)發布了我國首個(ge)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)儲能電站(zhan)KKS編碼標(biao)(biao)準，立(li)項(xiang)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)儲能首個(ge)國家標(biao)(biao)準、首個(ge)電力(li)行(xing)業標(biao)(biao)準，以及3個(ge)團體標(biao)(biao)準，逐(zhu)漸(jian)形(xing)成(cheng)中國壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)儲能標(biao)(biao)準體系。

負責該項目(mu)基建和運(yun)維(wei)的華能(neng)金陵電廠(chang)專業團隊介紹(shao)，本次(ci)并網試驗(yan)標志著項目(mu)三方團隊已將鹽(yan)穴壓縮空氣(qi)儲(chu)能(neng)這(zhe)一新型儲(chu)能(neng)技術，從“計(ji)算公式”落地為(wei)“設(she)計(ji)圖紙(zhi)”，經建設(she)安裝成為(wei)“廠(chang)房設(she)備”，經調試運(yun)行發出“第一度電”，是(shi)對大型非補燃壓縮空氣(qi)儲(chu)能(neng)電站技術流程的成功驗(yan)證。

張(zhang)雄(xiong)偉介紹，為幫助這一(yi)(yi)項(xiang)(xiang)目盡早并網發(fa)電，常(chang)州供電公司于2020年(nian)10月啟動了進(jin)線工程建設，為這一(yi)(yi)儲能(neng)電站單獨新(xin)建了一(yi)(yi)條近8公里的110千伏(fu)線路，對附(fu)近變(bian)電站進(jin)行了擴建。據測算，金(jin)壇鹽穴壓縮空(kong)氣儲能(neng)項(xiang)(xiang)目投運后(hou)，全年(nian)可節約標準煤3萬(wan)噸，減少(shao)二氧化碳排(pai)放6.08萬(wan)噸。