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近年來，隨著對光伏和海上風電的大規(guī)模開發(fā)，我國新能源發(fā)電裝機容量迅猛增加。以江蘇為例，截至2020年底，新能源發(fā)電裝機容量已突破4000萬千瓦，占全省發(fā)電裝機總?cè)萘康?2.8%。新能源“看天吃飯”的特性使得電網(wǎng)易出現(xiàn)較大峰谷差，因而電網(wǎng)面臨巨大的新能源消納和電力供需平衡壓力。因此，建設(shè)大規(guī)模儲能發(fā)電設(shè)施，就成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，實現(xiàn)碳達峰、碳中和的迫切需求。 國家電網(wǎng)常州供電公司項目管理中心副主任張雄偉介紹，抽水蓄能是實現(xiàn)電能大規(guī)模儲存和“削峰填谷”較普遍的解決方案，但目前江蘇省抽水蓄能資源幾乎已開發(fā)殆盡。相比之下，鹽穴儲能因壽命長、成本低、安全環(huán)保、占地面積小，就成為了發(fā)展大規(guī)模儲能的重要方向。 鹽穴儲能是通過鹽穴壓縮空氣儲能技術(shù)實現(xiàn)的，該技術(shù)是用電網(wǎng)過剩或非峰值電能將空氣壓縮至高壓狀態(tài)，并儲存至地下鹽穴；在高峰用電時，再將壓縮空氣加以釋放做功發(fā)電。 鹽穴，即鹽礦開采后留下的礦洞，是儲存高壓空氣的理想場所。江蘇常州金壇西北部的丘陵地帶地下1000多米的深處，有一個巨大的鹽礦。金壇探明的地下鹽礦面積為66.5平方公里，總儲量達125億多噸，相當于兩個半太湖水的重量。開采地下鹽礦通常是將水注入鹽層，待鹽溶解后再抽出鹵水，鹽礦開采結(jié)束后形成了一個個地下鹽穴。中鹽華能儲能科技有限公司副總經(jīng)理王國華介紹，他們通過造腔和注采技術(shù)控制，讓這些分布在地下1000米深處的鹽穴呈現(xiàn)不同的形態(tài)，有的似鐘、有的像梨，這些鹽穴是天然的儲氣罐。 目前，金壇擁有地下鹽穴儲氣庫約1000萬立方米，理論上可以建設(shè)發(fā)電裝機超過4000兆瓦的壓縮空氣儲能電站。 非補燃技術(shù)可實現(xiàn)零碳排放 壓縮空氣儲能并非新技術(shù)，但數(shù)十年來，相關(guān)工程基本處于停滯不前的狀態(tài)。壓縮空氣儲能系統(tǒng)可以分為補燃式和非補燃式兩類。 “目前，國際上投入商運的2套壓縮空氣儲能電站均為補燃式，系統(tǒng)運行過程中需要消耗化石燃料，其電能轉(zhuǎn)換效率較低。”金壇壓縮空氣儲能項目總工程師、清華大學電機系教師薛小代告訴科技日報記者，這樣的運行方式既不經(jīng)濟也不環(huán)保。 如何尋找突破口？ 2011年，清華大學盧強、梅生偉團隊開始探索非補燃式技術(shù)路線。經(jīng)過數(shù)年的研發(fā)、小規(guī)模試驗，全套技術(shù)方案逐漸成熟起來，科研人員不滿足于“制作盆景”，他們渴望建設(shè)一套商業(yè)化運行的大型壓縮空氣儲能電站。2017年，國家能源局批準中鹽集團、中國華能集團與清華大學共同實施金壇壓縮空氣儲能項目。 清華大學盧強院士介紹說，與國外壓縮空氣儲能電站相比，該項目最大的創(chuàng)新點是在世界上首次采用了非補燃技術(shù)，在壓縮空氣發(fā)電過程中不依賴外界能源，從而實現(xiàn)零碳排放。 在夜晚電力較為富余時，金壇壓縮空氣儲能項目會利用多級壓縮機，將空氣壓縮注入地下鹽穴，氣壓達到12—14兆帕，完成了電能到空氣壓力勢能的轉(zhuǎn)換。壓縮空氣過程中會產(chǎn)生大量的熱能，溫度可達300攝氏度，在國外的壓縮空氣儲能電站，這些熱能被白白浪費，而我國采取的辦法是通過熱交換設(shè)備將熱能儲存在幾個巨大的儲熱裝置中，實現(xiàn)能量的存儲轉(zhuǎn)化。 到了白天電力需求較大時，壓縮空氣被釋放出來，經(jīng)儲熱裝置中的熱能加熱后，成為了數(shù)百攝氏度的高溫高壓氣，進入空氣透平發(fā)電，完成了空氣壓力勢能到電能的轉(zhuǎn)換。 多了熱交換，少了燃氣加熱，一進一出后，金壇壓縮空氣儲能項目工程的電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上，并且全過程無燃燒、無排放。 該項目首席科學家，青海大學副校長、清華大學教授梅生偉介紹，此次并網(wǎng)試驗成功驗證了鹽穴儲氣系統(tǒng)、儲熱換熱系統(tǒng)、新型空氣透平發(fā)電系統(tǒng)所有首臺套設(shè)備的研制成果，為非補燃壓縮空氣儲能技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，是壓縮空氣儲能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的重要里程碑，將為我國壓縮空氣儲能乃至能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供強有力支撐。 |
