儲能過程就像“吹氣球”

 

用空氣來儲能、發(fā)電，聽起來深奧，其實原理并不復(fù)雜。

 

金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目首席科學(xué)家、清華大學(xué)教授梅生偉給記者科普：“如果把鹽穴比作一個體積固定的超大號氣球，那么儲能的過程就是吹氣球。”金壇鹽穴項目攻克了世界上參數(shù)最高的離心式壓縮機，這是“吹氣”的關(guān)鍵裝置。在用電低谷時，通過這一裝置，可將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，存入“氣球”；待用電高峰時，再釋放高壓空氣，驅(qū)動空氣透平膨脹機，讓“風(fēng)車”旋轉(zhuǎn)起來，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。

 

鹽穴壓縮空氣儲能的技術(shù)和工程并非我國首創(chuàng)。目前，一些發(fā)達國家已投運的壓縮空氣儲能電站都需要燒煤或天然氣來加熱空氣，這個過程叫作“補燃”，但不可避免地會產(chǎn)生污染物排放。

 

梅生偉認為，金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目的重要創(chuàng)新就在于采用了“非補燃”技術(shù)。此前，梅生偉和清華大學(xué)相關(guān)團隊曾在安徽蕪湖建立試驗電站，驗證了技術(shù)方案可行性和高效性。整個過程中，沒有任何燃燒和排放，實現(xiàn)了零碳發(fā)電。值得一提的是，該電站具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，核心設(shè)備實現(xiàn)了100%國產(chǎn)化。

 

在能量轉(zhuǎn)換過程中，電能難免會有損耗。“金壇電站的電能轉(zhuǎn)換效率是61.2%。通俗來講，就是‘5千瓦時電換3千瓦時電’。”梅生偉給記者舉例子，現(xiàn)在電站一般是23時左右開始儲能，到第二天早上儲能完成，一個儲能過程為8小時。等用電高峰期滿負荷發(fā)電，一個小時能發(fā)6萬千瓦時電，可以連續(xù)發(fā)電約5個小時。“也就是相當(dāng)于6萬居民一天的用電量。”梅生偉說。

 

在用電低谷時，利用低谷電壓縮空氣，存儲在地下鹽穴；在用電高峰時，釋放高壓空氣，帶動發(fā)電機組發(fā)電，保障用電需求。改變傳統(tǒng)電力“即發(fā)即用”現(xiàn)狀，削峰填谷，確保谷電不浪費、峰電有加持，正是金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站作為“充電寶”的功能所在。

 

今年夏天，江蘇迎峰度夏能源保供的關(guān)鍵時期，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站曾發(fā)揮積極作用，為金壇當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的高峰支撐了5%左右的尖峰負荷。

 

產(chǎn)業(yè)化進程正在提速

 

近年來，風(fēng)能、太陽能等新能源在我國能源體系中的占比持續(xù)提升，與其相關(guān)的儲能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展也備受關(guān)注。其中，壓縮空氣儲能被看作未來儲能技術(shù)發(fā)展的重要方向。

 

去年7月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中，將壓縮空氣儲能列為新型儲能技術(shù)之首。今年2月發(fā)布的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》中，也多次提到這一技術(shù)。今年8月，《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》提出，要加快研發(fā)壓縮空氣儲能、飛輪儲能等高效儲能技術(shù)。

 

在目前主流的兩種儲能類型中，抽水蓄能的優(yōu)點明顯，是現(xiàn)有最成熟的大容量儲能解決方案，已成為大規(guī)模建設(shè)開發(fā)儲能項目的首選。然而，抽水蓄能電站建設(shè)受場地條件限制大，且建設(shè)工期長、投資回報慢。電化學(xué)儲能反應(yīng)速度快、效率高，但是壽命有限、成本較高，還有后續(xù)處理問題。相比之下，壓縮空氣儲能基本兼顧了兩者的優(yōu)點，同時，壓縮空氣過程中產(chǎn)生的熱量還可以二次利用。比如，參與金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站共同開發(fā)的中鹽集團，就改造了生產(chǎn)線，通過儲熱裝置用多余熱量進行化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。

 

從長遠看，壓縮空氣儲能將是大規(guī)模儲能領(lǐng)域開發(fā)的新趨勢，未來前景廣闊。不過，該技術(shù)當(dāng)前還面臨兩大難點，需要各方協(xié)同攻關(guān)。一方面，電能轉(zhuǎn)換效率仍需提升，未來要與抽水蓄能的變電效率相當(dāng)，才能顯現(xiàn)出更大的推廣價值；另一方面，目前的應(yīng)用場景仍比較單一，要探索更多樣化儲氣條件下的項目開發(fā)。梅生偉介紹，與新建鋼罐等壓力容器儲存的方式相比，利用鹽穴可顯著降低原材料、用地等方面的成本，但并不意味著所有鹽穴都可以作為壓縮空氣儲存裝置，還需要滿足容積適當(dāng)、地質(zhì)穩(wěn)定、距離合適等條件。除鹽穴外，天然氣儲氣庫、煤礦巷道等也有潛力建設(shè)大容量、大規(guī)模儲能電站。

 

好在，隨著效率提升疊加成本下降，壓縮空氣儲能產(chǎn)業(yè)化進程正在提速，未來裝機規(guī)模有望加速擴張。

 

此外，長三角多地正推動相關(guān)儲能電站落地。近期，《上海打造未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地發(fā)展壯大未來產(chǎn)業(yè)集群行動方案》提出，將推動壓縮空氣、液流電池等長時儲能技術(shù)商業(yè)化，促進“光儲充”新型儲能站落地。此前，江蘇淮安鹽穴壓縮空氣儲能項目通過可行性評審，將進入工程實施階段。該電站建成后，將成為國際上容量最大的壓縮空氣儲能電站，年發(fā)電量可達8.5億千瓦時。