壓縮空氣儲能：挺進能源市場新藍海

　　5月4日上午9時，在湖北孝感應城市，國網孝感供電公司變電運檢分公司作業(yè)人員正對220千伏彭灣變電站開展線路、設備巡視，護航應城300兆瓦級壓氣儲能電站并網運行。

　　應城300兆瓦級壓氣儲能電站可有效應對新能源發(fā)電的波動性、間歇性、隨機性。其并網發(fā)電標志著全球壓氣儲能電站邁入300兆瓦級單機時代。同時，電站在單機功率、儲能規(guī)模、轉換效率方面世界領先。目前，應城300兆瓦級壓氣儲能電站機組各系統(tǒng)參數正常，設備運行平穩(wěn)，運行質量優(yōu)良。技術團隊成員正在開展機組帶負荷參數精細化調整，力爭早日實現(xiàn)機組7次連續(xù)充放電試運行。

　　與光伏、風力等新能源發(fā)電和抽水蓄能相比，壓氣儲能優(yōu)勢明顯，正全力挺進能源市場新藍海。

　　“綠色超級充電寶”優(yōu)勢明顯

　　國網湖北綜合能源服務有限公司總工程師、湖北楚韻儲能科技有限責任公司總經理王俊介紹，壓氣儲能系統(tǒng)是一種新型大規(guī)模電力儲能系統(tǒng)。在電網負荷低谷期，壓氣儲能電站通過壓縮機將空氣壓縮成高壓狀態(tài)，儲存至鹽穴儲氣庫，同時將壓縮熱儲存于熱水中;在用電高峰期，釋放鹽穴儲氣庫內高壓空氣，吸收儲存的壓縮熱，驅動空氣透平機組發(fā)電。

　　早在1975年，德國開始建造壓氣儲能電站，并在1978年實現(xiàn)商用，整體運行效率42%。1991年，美國建造壓氣儲能電站，同樣利用鹽穴作為儲氣庫。但因其增加了壓縮熱收集利用裝置，整體運行效率增長至54%。

　　應城300兆瓦級壓氣儲能電站由中能建數字科技集團有限公司與國網湖北綜合能源服務有限公司聯(lián)合投建，是國家新型儲能試點示范項目。它利用湖北云應地區(qū)廢棄鹽礦作為儲氣庫，打造一個巨大的“綠色超級充電寶”。項目一期入選國家第三批能源領域首臺(套)重大技術裝備名單，單機功率達300兆瓦級，儲能容量達1500兆瓦時。

　　“電站投入使用后，每天儲能8小時、釋能5小時，系統(tǒng)轉換效率近70%，全年發(fā)電約5億千瓦時，可以供75萬居民一年生活使用。”國網應城市供電公司營銷部副主任夏勝平介紹，電站預計今年6月投運，可減輕電網調峰壓力，增加供電可靠性。

　　過去，抽水蓄能是實現(xiàn)電能大規(guī)模存儲的普遍方案，但面臨投資大、建設周期長等問題。

　　王俊介紹，壓氣儲能電站運行原理與抽水蓄能電站類似。隨著儲能需求不斷增長，壓氣儲能作為儲能量級唯一可與抽水蓄能相媲美的大規(guī)模物理儲能，有啟動時間快、能量密度和功率密度較高、系統(tǒng)效率較高、環(huán)境友好等優(yōu)點。此外，用于發(fā)電的空氣取之不盡，且壓氣儲能電站大多選址在廢棄鹽穴、礦井等，能有效降低開發(fā)成本，實現(xiàn)資源循環(huán)再利用。

　　技術不斷取得新突破

　　2023年底，國家能源局公布新一批新型儲能試點示范項目，共56個入選。其中，壓氣儲能項目達11個(不含二氧化碳儲能)，成為最亮眼的新型儲能技術路線之一。據不完全統(tǒng)計，目前山東、河南、河北、江蘇、青海等12省規(guī)劃、在建壓氣儲能項目超30個，合計規(guī)模達8吉瓦。

　　王俊介紹，2021年9月，江蘇金壇鹽穴壓氣儲能國家示范項目并網試驗成功，一期工程發(fā)電裝機60兆瓦。這是全球第一個非補燃壓氣儲能電站，標志著我國新型儲能技術的研發(fā)和應用取得重大突破。2022年5月，該壓氣儲能電站正式投產。

　　2021年12月，河北張家口首套100兆瓦壓氣儲能項目送電成功，系統(tǒng)設計效率達70.4%。項目有利于推動大規(guī)模壓氣儲能技術產業(yè)化進程。

　　2022年7月，應城壓氣儲能電站示范工程開工。它采用非補燃高壓熱水儲熱中溫絕熱壓縮技術，核心技術指標能源轉換效率達近70%。2024年4月，項目首次并網成功，創(chuàng)造了6個行業(yè)示范及數十項國際首創(chuàng)、全球首次突破。為有效提升區(qū)域電網調峰能力、促進長時儲能技術發(fā)展，國網湖北電科院精益化調試技術團隊歷時兩年，攻克了壓氣儲能系統(tǒng)高精度建模、啟動調試、并網性能驗證等核心技術，實現(xiàn)300兆瓦級壓氣儲能系統(tǒng)網源協(xié)調技術國際領先。“我們創(chuàng)新研發(fā)了壓氣儲能電站熱力學性能分析平臺和國際首個300兆瓦級壓氣儲能電站仿真平臺。”國網湖北電科院雙碳中心主任負責人李陽海說，平臺大幅提升了壓氣儲能系統(tǒng)電網友好性，實現(xiàn)儲能電站全工藝流程全工況動態(tài)模擬。

　　2022年9月，全球最大規(guī)模350兆瓦鹽穴壓氣儲能項目——山東泰安2×300兆瓦級壓氣儲能創(chuàng)新示范工程開工。項目采用全球首創(chuàng)低熔點熔融鹽高溫絕熱壓縮技術，建成后在壓縮空氣儲能領域將實現(xiàn)單機功率、轉換效率及儲能規(guī)模全球第一。

　　有望實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用

　　“壓氣儲能技術應用前景廣闊，將對未來電網起到一定支撐作用。”王俊表示。

　　伴隨壓氣儲能技術進步以及國內相應支持政策的出臺，壓氣儲能成本不斷降低、產業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，未來有望實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用。

　　據介紹，中能建數字科技集團有限公司已明確壓氣儲能產業(yè)化發(fā)展路徑。具體來說，這一路徑包括“0到1”起步示范階段，聚焦新型長時物理儲能技術，提出大容量、高參數、長壽命、零排放的壓氣儲能系統(tǒng)解決方案;“1到100”推廣布局階段，開展壓氣儲能電站在全國布局;“100到+”產業(yè)發(fā)展階段，實施工程化系統(tǒng)解決方案，建設協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)圈，推動全產業(yè)鏈融合性發(fā)展、高質量發(fā)展和數字化發(fā)展。

　　同時，我國鹽穴資源豐富、廢棄礦洞多、枯竭油氣田地下空間大，枯竭油氣田地質資料齊全。如能利用這些天然地下洞穴，也有望建設大規(guī)模，乃至超大規(guī)模的壓氣儲能電站。

　　目前，我國已成功實現(xiàn)以地下鹽穴作為儲氣庫的非補燃式絕熱壓縮空氣電站發(fā)電。建設中的壓氣儲能電站發(fā)電規(guī)模不斷擴大，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

　　儲能是構建新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重要支撐，也是新能源下半場的主角。王俊認為，壓氣儲能將成為深入推進能源革命的重要領域。

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　　國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能電站并網發(fā)電

　　記者5月6日獲悉，山東肥城國際首套300兆瓦先進壓縮空氣儲能電站近日首次并網發(fā)電成功。電站是目前國際上規(guī)模最大、效率最高、性能最優(yōu)、成本最低的新型壓縮空氣儲能電站，由中國科學院工程熱物理所提供技術支持、中儲國能(北京)技術有限公司投資建設。

　　中國科學院工程熱物理所研發(fā)團隊成功突破300兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)全套關鍵核心技術，先后攻克多級寬負荷壓縮機和多級高負荷透平膨脹機技術、高效超臨界蓄熱換熱器技術、系統(tǒng)全工況優(yōu)化設計與集成控制技術，創(chuàng)造性研制出300兆瓦多級高負荷透平膨脹機、多級寬負荷壓縮機和高效緊湊式蓄熱換熱器等核心裝備。

　　值得一提的是，300兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)的單位造價成本較100兆瓦級壓縮空氣儲能系統(tǒng)下降30%以上，同時裝備實現(xiàn)了完全自主可控。

　　電站建設規(guī)模為300兆瓦/1800兆瓦時。工程總投資14.96億元，系統(tǒng)額定設計效率72.1%，可實現(xiàn)連續(xù)放電6小時，年發(fā)電約6億度。在用電高峰時，電站可為20萬—30萬戶居民提供電力保障，每年可節(jié)約標準煤約18.9萬噸，減少二氧化碳排放約49萬噸。

　　同時，電站還能夠為電網提供調峰、調頻、調相、備用、黑啟動等電力調控功能，有效支撐電力系統(tǒng)平穩(wěn)高效運行。

　　中國科學院工程熱物理研究所所長陳海生表示，電站的并網發(fā)電可有效推動壓縮空氣儲能技術及產業(yè)快速發(fā)展，進一步鞏固我國在壓縮空氣儲能領域的國際領先地位，為該技術的大規(guī)模推廣應用打下了堅實基礎。(科技日報 吳純新 余健兵 張碧云 甘依依 陸成寬)