用電池蓄能，用水庫發電，似乎并不稀奇，但你是否知道，我們身邊看不見也摸不著的空氣，也有同樣的功能？在江蘇省常州市金壇區的茅山腳下，就有一個由鹽穴改造的大型“充電寶”——金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站。作為空氣儲能領域的國家試驗示范項目，2022年5月26日，這個“非補燃”壓縮空氣儲能電站正式投產。

 

壓縮空氣如何實現儲能和放電？如何發揮價值？有哪些發展前景？記者帶你一起來揭秘。

 

儲能效果如何？

 

每小時能發電6萬千瓦時

 

“丁零零——”1月28日8時56分，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站的集控室內，一陣電話鈴聲響起。當班值長袁爾聰接起電話，電話那頭是國家電網江蘇電力公司調度中心的指令：要求電站1號機組于9時32分準時并網調峰。然而此時，電站內并沒有電——它以另外兩種能量形式儲存在空氣和儲熱介質中。

 

“前一天21時許，正是用電低谷期，電網有富余的電量，我們就開始給‘充電寶’充電。”中鹽華能儲能科技有限公司綜合事務部主任韓月峰介紹，這個過程好比給氣球打氣——地下900多米深處的巨大鹽穴是“氣球”，用電帶動的空氣壓縮機就是“打氣筒”，將1個標準大氣壓的空氣壓縮為140個標準大氣壓的高壓空氣。

 

壓縮空氣的過程中，空氣溫度會增加到300多攝氏度。為了保證系統運行的安全，需要將高溫高壓空氣冷卻到40攝氏度左右的常溫高壓空氣。這些熱量并沒有被浪費掉，而是被換熱器“取”出來儲存在導熱油之中，存放在地面上的大型高溫導熱油罐里。就這樣，經過夜間“充電”，電能被轉化為空氣勢能和熱能。

 

接到調令電話后，集控室里的工作人員立即忙碌起來。他們要做的，是讓空氣勢能與熱能“再度結合”，重新轉化為電能，在用電高峰期供居民使用。

 

在縱橫分布著各類管道的現場，工人們先給換熱器預熱，然后打開鹽穴井口控制閥。瞬間，近140個標準大氣壓的高壓氣體從地底深處的鹽穴奔涌而出，在換熱器內由導熱油加熱到300多攝氏度，成為高溫高壓空氣，驅動空氣透平膨脹機沖轉，通過軸承帶動發電機轉動——電，又從空氣中“重生”了。

 

9時32分，電站1號發電機組準時并入電網開始發電；10分鐘后，發電機組達到60兆瓦的滿負荷運轉狀態；14時30分，發電機組解列，發電作業順利完成。

 

“在用電低谷時把空氣壓縮，存儲在地下鹽穴，完成一次充電的周期為8小時；在用電高峰時，釋放高壓空氣，每小時能發電6萬千瓦時，可以連續發電5個小時，發電量可達30萬千瓦時。”韓月峰介紹。

 

具有哪些創新？

 

采用“非補燃”技術，電能轉換更環保

 

由中鹽集團、中國華能集團和清華大學三方共建的金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站，可為江蘇電網提供±6萬千瓦調峰能力。電站投產后不久，江蘇迎來了炎熱夏季。電站在7、8月間響應約40次調峰指令，其中8月份連續響應23天，甚至一天內靈活切換、多次響應，為迎峰度夏保供電貢獻了力量。

 

除此之外，近年來，隨著風、光等新能源的加速開發，江蘇可再生能源發電總裝機目前達到5354.94萬千瓦。然而，新能源發電波動性強，在工業大省江蘇，發電峰谷差高達50%，給電網的安全穩定運行帶來隱患，建設大規模儲能設施尤為必要。

 

“目前儲能辦法有物理儲能和化學儲能兩種。前者包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等，后者包括各種電池儲能。”金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站項目首席科學家、清華大學電機系教授梅生偉告訴記者，壓縮空氣儲能電站規模大、建設快、安全環保，是新型儲能的重要發展方向之一。

 

當然，壓縮空氣儲能電站的建設，也需要豐富的鹽穴資源和成熟的造腔經驗支撐，對建設環境提出了一定的要求。鹽穴，即地下鹽層被開采后留下的空腔，密封性良好且多數處于閑置狀態，是儲存高壓空氣的理想場所。“金壇擁有鹽穴資源約1000萬立方米。”中鹽金壇公司鹽礦礦長徐孜俊介紹，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站使用的茅八井鹽穴，容積約22萬立方米，可承受200個標準大氣壓。

 

利用鹽穴來儲能發電在其他國家并非沒有先例，但采取“非補燃”技術卻是國內首創。“鹽穴的高壓空氣被釋放出來后，需要加熱膨脹產生更大推力，此前國外已投運的電站都通過燃燒天然氣來加熱，‘補燃’過程會產生碳排放。”梅生偉介紹，金壇項目將壓縮空氣過程中產生的熱能儲存起來，發電時再將熱能釋放，將電能轉換效率提升至60%以上。據測算，該項目全年可節約標準煤3萬噸，減少二氧化碳排放超6萬噸。

 

發展空間怎樣？

 

建設成本將隨技術不斷成熟大幅降低

 

記者看到，在金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站附近，還留有大片建設用地。據了解，金壇鹽穴壓縮空氣儲能二期項目規模計劃400兆瓦，三期項目規模預計1000兆瓦。

 

“鹽穴壓縮空氣儲能是個綜合能源系統。”梅生偉認為，鹽穴壓縮空氣儲能未來的產業化、商業化前景，取決于兩大方面——降低建設成本、提高電能轉換效率，說到底就是技術創新。

 

“比如，大流量高溫壓縮機、大功率熱交換設備、透平膨脹機等關鍵設備的研制都需要從零開始，和廠家技術人員邊研究邊開發。”梅生偉告訴記者，從項目立項到正式投產，金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站歷經10年研發、兩年建設。在這個過程中，關鍵設備實現100%國產化，申請專利百余項。“目前的建設成本約為7000元/千瓦，但隨著技術的不斷成熟，未來的建設成本會大幅降低。”

 

梅生偉介紹，在提高效率方面，研發團隊正在嘗試“雙管齊下”：一是目前的儲熱技術采用導熱油，屬于中溫儲熱，如果未來采用熔融鹽實現高溫儲熱，電能轉換效率有望從60%提高到70%；二是鹽穴儲氣屬于定容儲氣，充放氣過程中壓力一直在變化，影響設備運行效率，正在研發中的定壓儲氣技術將實現恒壓充氣和放氣，進一步提高系統電能轉換效率。

 

規模發展的另一支撐是電價政策。國家發展改革委和國家能源局聯合發布的《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知》，從電價、交易及調度機制等方面對新型儲能參與電力市場與調度運營做出規定。“目前電站的電價政策還在研究之中，各級主管部門對項目也都非常支持。”梅生偉告訴記者，清華大學參與的8座共1350兆瓦壓縮空氣儲能電站，即將在兩年內陸續建成投用。“相信隨著建設成本和轉換效率的不斷優化，以及價格體系的持續完善，會有更多的機構和地方參與到壓縮空氣儲能電站的建設中，為新能源高質量發展創造更多有利條件。”