有沒(méi)有想過(guò)，我們身邊無(wú)處不在的空氣，也可以用來(lái)發(fā)電？
今年5月，常州金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站投產(chǎn)發(fā)電，成為這一領(lǐng)域國(guó)內(nèi)投用的商業(yè)電站項(xiàng)目。鹽穴，即地下鹽層被開(kāi)采后留下的礦洞。電站建成后，原先地下千米、容積相當(dāng)于105個(gè)標(biāo)準(zhǔn)泳池的礦洞變成了“充電寶”。目前，這個(gè)“充電寶”發(fā)電裝機(jī)容量6萬(wàn)千瓦，一次可儲(chǔ)存電量30萬(wàn)千瓦時(shí)，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)?？蛇_(dá)到100萬(wàn)千瓦。
儲(chǔ)能過(guò)程就像“吹氣球”
用空氣來(lái)儲(chǔ)能、發(fā)電，聽(tīng)起來(lái)深?yuàn)W，其實(shí)原理并不復(fù)雜。
金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目科學(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(gè)體積固定的超大號(hào)氣球，那么儲(chǔ)能的過(guò)程就是吹氣球?！苯饓}穴項(xiàng)目攻克了世界上參數(shù)高的離心式壓縮機(jī)，這是“吹氣”的關(guān)鍵裝置。在用電低谷時(shí)，通過(guò)這一裝置，可將1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣壓縮為140個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高壓空氣，存入“氣球”；待用電高峰時(shí)，再釋放高壓空氣，驅(qū)動(dòng)空氣透平膨脹機(jī)，讓“風(fēng)車(chē)”旋轉(zhuǎn)起來(lái)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能的技術(shù)和工程并非我國(guó)。目前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已投運(yùn)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站都需要燒煤或天然氣來(lái)加熱空氣，這個(gè)過(guò)程叫作“補(bǔ)燃”，但不可避免地會(huì)產(chǎn)生污染物排放。
梅生偉認(rèn)為，金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的重要?jiǎng)?chuàng)新就在于采用了“非補(bǔ)燃”技術(shù)。此前，梅生偉和清華大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)曾在安徽蕪湖建立試驗(yàn)電站，驗(yàn)證了技術(shù)方案可行性和高效性。整個(gè)過(guò)程中，沒(méi)有任何燃燒和排放，實(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)，核心設(shè)備實(shí)現(xiàn)了100%國(guó)產(chǎn)化。
在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電能難免會(huì)有損耗?！敖饓娬镜碾娔苻D(zhuǎn)換效率是61.2%。通俗來(lái)講，就是‘5千瓦時(shí)電換3千瓦時(shí)電’?！泵飞鷤ソo記者舉例子，現(xiàn)在電站一般是23時(shí)左右開(kāi)始儲(chǔ)能，到二天早上儲(chǔ)能完成，一個(gè)儲(chǔ)能過(guò)程為8小時(shí)。等用電高峰期滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電，一個(gè)小時(shí)能發(fā)6萬(wàn)千瓦時(shí)電，可以連續(xù)發(fā)電約5個(gè)小時(shí)?！耙簿褪窍喈?dāng)于6萬(wàn)居民一天的用電量?！泵飞鷤フf(shuō)。
在用電低谷時(shí)，利用低谷電壓縮空氣，存儲(chǔ)在地下鹽穴；在用電高峰時(shí)，釋放高壓空氣，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(fèi)、峰電有加持，正是金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)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(shí)期，金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)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(fù)荷。
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在提速
近年來(lái)，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源在我國(guó)能源體系中的占比持續(xù)提升，與其相關(guān)的儲(chǔ)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(chǔ)能被看作未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的重要方向。
去年7月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中，將壓縮空氣儲(chǔ)能列為新型儲(chǔ)能技術(shù)。今年2月發(fā)布的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中，也多次提到這一技術(shù)。今年8月，《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案（2022—2030年）》提出，要加快研發(fā)壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等高效儲(chǔ)能技術(shù)。
在目前主流的兩種儲(chǔ)能類(lèi)型中，抽水蓄能的優(yōu)點(diǎn)明顯，是現(xiàn)有最成熟的大容量?jī)?chǔ)能解決方案，已成為大規(guī)模建設(shè)開(kāi)發(fā)儲(chǔ)能項(xiàng)目的選擇。然而，抽水蓄能電站建設(shè)受場(chǎng)地條件限制大，且建設(shè)工期長(zhǎng)、投資回報(bào)慢。電化學(xué)儲(chǔ)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(wèn)題。相比之下，壓縮空氣儲(chǔ)能基本兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，壓縮空氣過(guò)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(chǔ)能電站共同開(kāi)發(fā)的中鹽集團(tuán)，就改造了生產(chǎn)線(xiàn)，通過(guò)儲(chǔ)熱裝置用多余熱量進(jìn)行化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，壓縮空氣儲(chǔ)能將是大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)，未來(lái)前景廣闊。不過(guò)，該技術(shù)當(dāng)前還面臨兩大難點(diǎn)，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(lái)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(jià)值；另一方面，目前的應(yīng)用場(chǎng)景仍比較單一，要探索更多樣化儲(chǔ)氣條件下的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。梅生偉介紹，與新建鋼罐等壓力容器儲(chǔ)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(chǔ)存裝置，還需要滿(mǎn)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(chǔ)氣庫(kù)、煤礦巷道等也有潛力建設(shè)大容量、大規(guī)模儲(chǔ)能電站。
好在，隨著效率提升疊加成本下降，壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在提速，未來(lái)裝機(jī)規(guī)模有望加速擴(kuò)張。
此外，長(zhǎng)三角多地正推動(dòng)相關(guān)儲(chǔ)能電站落地。近期，《上海打造未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地發(fā)展壯大未來(lái)產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)方案》提出，將推動(dòng)壓縮空氣、液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)商業(yè)化，促進(jìn)“光儲(chǔ)充”新型儲(chǔ)能站落地。此前，江蘇淮安鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目通過(guò)可行性評(píng)審，將進(jìn)入工程實(shí)施階段。該電站建成后，將成為國(guó)際上容量大的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，年發(fā)電量可達(dá)8.5億千瓦時(shí)。
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