世界首個(ge) “非補燃”壓縮空氣儲(chu) 能電站投產(chan)

　　藏在地下的“空氣充電寶”

　　本報記者 王珍

　　能否想到，我們(men) 身邊無處不在的空氣，既可儲(chu) 能，也可發電？

　　在江蘇常州，就有這樣一座利用空氣來儲(chu) 能、發電的電站——金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站。近日，該電站正式投產(chan) 。這是世界首個(ge) “非補燃”壓縮空氣儲(chu) 能電站，也是國內(nei) 首次利用鹽穴資源的發電項目。因容納壓縮空氣的“容器”——鹽穴位於(yu) 地下近千米處，又被稱為(wei) 藏在地下的“空氣充電寶”。

　　作為(wei) 空氣儲(chu) 能領域的國家試驗示範項目，它的成功投產(chan) ，標誌著我國壓縮空氣儲(chu) 能技術實現從(cong) 理論實驗到工程應用質的飛躍，堪稱我國新型儲(chu) 能技術發展的裏程碑。中國科學院院士盧強表示，鹽穴“非補燃”壓縮空氣儲(chu) 能技術是實現新能源大規模消納、建設新型電力係統的重要支撐技術之一，對促進我國能源結構升級和保障能源電力行業(ye) 可持續發展，具有十分重大的意義(yi) 。

　　那麽(me) ，這個(ge) 藏在地下的“空氣充電寶”到底能存多少電，是如何充電、放電的？“非補燃”又是如何實現的？記者近日采訪了該項目有關(guan) 負責同誌。

　　安全環保儲(chu) 能新方式

　　用電低穀壓縮空氣儲(chu) 能，高峰釋放發電

　　6月24日9時57分，金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站集控室內(nei) ，電話鈴聲響起。正在當班的值長鄧建軍(jun) 收到國網江蘇電力公司調度處指令，要求電站1號機組於(yu) “10時17分準時並網調峰”。

　　一時間，集控室內(nei) 相關(guan) 工作人員忙碌起來。

　　啟動暖管操作，給換熱器預熱；打開儲(chu) 氣鹽穴井口的控製閥，壓力接近140個(ge) 大氣壓的空氣從(cong) 地下千米深處的鹽穴奔湧而出，驅動空氣透平膨脹機衝(chong) 轉……10時17分，發電機組準時並入塢家變電站電網開始發電。

　　10餘(yu) 分鍾後，發電機組達到滿負荷運轉狀態。

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　　下午3時，發電機組解列。此輪次發電作業(ye) 完成。

　　在用電低穀時，利用低穀電或可再生能源棄電把空氣壓縮，存儲(chu) 在地下鹽穴；在用電高峰時，釋放高壓空氣，帶動發電機組發電，保障用電需求。改變傳(chuan) 統電力“即發即用”現狀，削峰填穀，確保穀電不浪費、峰電有加持，正是金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站作為(wei) “充電寶”的功能所在。

　　近年來，隨著風、光等新能源的大規模開發，我國清潔能源裝機容量迅猛增加。據國家能源局最新消息，截至今年5月底，我國可再生能源發電總裝機達到11億(yi) 千瓦。其中，常規水電3.6億(yi) 千瓦、抽水蓄能0.4億(yi) 千瓦，風電、光伏發電、生物質發電等新能源發電裝機突破7億(yi) 千瓦。

　　但是，風、光等新能源發電需要“看天吃飯”，受環境影響很大。以風電為(wei) 例，風大時發電就多，風小時發電就少。夜晚用電負荷較小時，有可能發電量大，造成很多發出來的電無法上網；相反，白天用電高峰期，可能發電量反而會(hui) 少，導致電不夠用。這對電網的安全穩定運行帶來隱患。

　　在這樣的大背景下，建設大規模儲(chu) 能設施顯得尤為(wei) 迫切。

　　目前已有的儲(chu) 能技術大致可以分為(wei) 兩(liang) 大類：一類是物理儲(chu) 能，比如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chu) 能、飛輪儲(chu) 能等；另一類是化學儲(chu) 能，主要包括各種電池，如鉛酸電池、鋰電池等。

　　記者了解到，不同的儲(chu) 能技術各有優(you) 劣。抽水蓄能發電效率高、規模大，但需要豐(feng) 富的水資源，受地理環境的影響很大；飛輪儲(chu) 能技術適用於(yu) 軌道交通等小規模儲(chu) 能；而電池儲(chu) 能雖然能量轉換速度快，但是壽命有限、成本較高，還有後續處理問題。

　　“當前應用最成熟的是抽水蓄能技術。”華能金陵電廠副總經理、中鹽華能儲(chu) 能科技有限公司總經理藺通告訴記者，而壓縮空氣儲(chu) 能可以說是目前唯一能與(yu) 抽水蓄能相媲美的大規模儲(chu) 能技術，“相比之下，壓縮空氣儲(chu) 能規模大，又安全環保、占地麵積小，是大規模儲(chu) 能領域開發的新趨勢。”

　　壓縮空氣儲(chu) 能是一種新型儲(chu) 能技術。今年2月國家發改委、國家能源局發布的《“十四五”新型儲(chu) 能發展實施方案》中，曾多次提到這一技術。

　　江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站項目是我國空氣儲(chu) 能領域的國家試驗示範項目，由中國華能集團、中鹽集團和清華大學三方項目團隊共同開發，中國華能集團江蘇公司負責建設、調試和運維，一期工程發電裝機60兆瓦，儲(chu) 能容量30萬(wan) 千瓦時，預計年發電量約1億(yi) 千瓦時。

　　“可為(wei) 江蘇電網提供±6萬(wan) 千瓦調峰能力。”藺通告訴記者，對於(yu) 電網峰穀差較大的江蘇而言，這樣的“充電寶”無疑是一場“及時雨”。

　　千年鹽穴變身“儲(chu) 氣罐”

　　發電5小時能滿足6萬(wan) 人一天用電需求

　　在距離金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站東(dong) 北方向一公裏左右的茅八井，是這個(ge) 電站的核心部分——鹽穴。

　　“這是儲(chu) 存壓縮空氣的地方，就相當於(yu) 抽水蓄能的水庫。”藺通介紹說，儲(chu) 氣的裝置有很多，比如壓力容器、管線鋼等，“利用鹽穴資源儲(chu) 氣發電，這在國內(nei) 尚屬首次。”

　　鹽穴，即地下鹽層被開采後留下的礦洞，密封性良好且多數處於(yu) 閑置狀態，適於(yu) 儲(chu) 存石油、天然氣等重要戰略物資，也是儲(chu) 存高壓空氣的理想場所。與(yu) 新建鋼罐等壓力容器儲(chu) 存的方式相比，利用鹽穴可顯著降低原材料、用地等方麵的成本。

　　“我國鹽穴資源豐(feng) 富，目前僅(jin) 金壇就擁有地下鹽穴資源約1000萬(wan) 立方米，理論上可以建設超過4000兆瓦的壓縮空氣儲(chu) 能電站。這些鹽穴多分布在地下800米到1000米，抗壓能力強。”華能江蘇公司金陵電廠儲(chu) 能項目部副主任林迎虎告訴記者，但這並不意味著所有的鹽穴都可以作為(wei) 壓縮空氣儲(chu) 存裝置，還需要滿足容積適當、地質穩定、距離合適等條件。

　　金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站項目所使用的茅八井鹽穴位於(yu) 地下1000米左右，梨形腔體(ti) 最大直徑約80米，高度超過100米，容積超過22萬(wan) 立方米，相當於(yu) 105個(ge) 標準泳池。且鹽穴壁光滑，整體(ti) 形態比較穩定，氣密封測試完全能夠滿足空氣儲(chu) 能的要求，最高可承受200個(ge) 標準大氣壓。

　　不過，鹽穴原本的口徑較小，承擔不了高流量、高速率的氣流運輸。科研人員決(jue) 定對其進行改造：將原有的一口老井封堵，重新鑽探了兩(liang) 口大口徑的井。不過由於(yu) 國內(nei) 是首次鑽探大口徑鹽井，因此困難很多，整個(ge) 建設經曆了將近兩(liang) 年時間。

　　“如果把鹽穴比作一個(ge) 體(ti) 積固定的超大號氣球，那麽(me) 儲(chu) 能的過程就是吹氣球的過程。”藺通給記者打了個(ge) 比方。他告訴記者，該項目攻克了世界上參數最高的離心式壓縮機，這是“吹氣”的關(guan) 鍵裝置，通過這一裝置，可將1個(ge) 標準大氣壓的空氣壓縮為(wei) 140個(ge) 標準大氣壓的高壓空氣，存入“氣球”；待用電高峰時，再釋放高壓空氣，驅動空氣透平膨脹機，讓“風車”旋轉起來，從(cong) 而驅動發電機發電。

　　“我們(men) 一般是晚上11點、12點用電低穀期開始儲(chu) 能，到第二天早上，一個(ge) 儲(chu) 能周期是8個(ge) 小時。”林迎虎告訴記者，用電高峰期滿負荷發電，一個(ge) 小時能發6萬(wan) 度電，可以連續發5個(ge) 小時，“也就是30萬(wan) 度電，相當於(yu) 6萬(wan) 居民一天的用電量。”

　　記者了解到，金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站二期項目規模計劃400兆瓦，三期項目規模預計達到1000兆瓦以上。以金壇擁有的鹽穴儲(chu) 氣庫總量來看，將來儲(chu) 能能力可達現在的60餘(yu) 倍。

　　有專(zhuan) 家表示，地下鹽穴具有體(ti) 積大、密閉性好、穩定性高的天然優(you) 勢，可為(wei) 壓縮空氣儲(chu) 能提供優(you) 良的儲(chu) 氣條件，是壓縮空氣儲(chu) 能地下儲(chu) 氣庫的首選。未來，棄礦洞、人工地下儲(chu) 氣庫等其他地下空間也是地下儲(chu) 氣庫的可行選項。

　　世界首次實現壓縮空氣零碳發電

　　電能轉換效率提升至60%以上，全過程無燃燒、無排放

　　其實，用鹽穴來儲(chu) 能發電雖是國內(nei) 首次，但在世界上早有先例。金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站的特殊之處在於(yu) ——“非補燃”技術的運用。

　　何為(wei) “非補燃”技術？即在壓縮空氣發電過程中不依賴煤、天然氣等外部能源燃燒。

　　據了解，鹽穴的高壓空氣被釋放出來後，需要加熱膨脹以產(chan) 生更大的推力，維持係統的循環運行。目前世界上已投運的鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站都需要燒煤或天然氣來加熱空氣，這個(ge) 過程就叫做“補燃”，不可避免地會(hui) 產(chan) 生汙染物排放。

　　而金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站，則完全不依賴外界能源，是利用自身的“內(nei) 循環”，將壓縮空氣過程中產(chan) 生的大量熱能儲(chu) 存起來。待發電時，再將儲(chu) 存的熱能釋放，成為(wei) 天然的“助推劑”。儲(chu) 能、發電整個(ge) 過程全部是物理過程，所以沒有任何燃燒、排放。

　　據了解，當前國際上投運的鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能係統均為(wei) 補燃式，去除化石燃料部分，其電能轉換效率隻有20%左右。也就是說，用100度電來儲(chu) 能，最終隻能發出20度電。金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能工程采用“非補燃”技術後，可將電能轉換效率提升至60%以上，在世界上首次實現壓縮空氣零碳發電。

　　“‘非補燃’技術在世界上沒有先例，我們(men) 攻克了壓縮機等一係列關(guan) 鍵設備的設計製造和工程化應用難題。”藺通說，國內(nei) 外都沒有任何技術方案可以參考，隻能從(cong) 零開始，一步步摸索。

　　在電站一側(ce) ，7個(ge) 巨大的罐體(ti) 十分顯眼，空氣壓縮時產(chan) 生的熱能就是儲(chu) 存在這裏。兩(liang) 座大廠房中間，密密麻麻的管道縱橫交錯，實現“非補燃”技術的關(guan) 鍵設施——發夾式換熱器就在其中。

　　“當時我拿到這個(ge) 圖紙的時候，感覺震驚。各種錯綜複雜的管道牽扯到各個(ge) 專(zhuan) 業(ye) ，消防水管道、循環水管道、閉冷水管道以及熱油管道、冷油管道、電纜的電纜溝……形成了一個(ge) 相當於(yu) 五六層立交橋的形式，每一個(ge) 管道的走向、用途、埋深、直徑等都各不相同。”林迎虎回憶起初到項目時的情景，從(cong) 設備設計研發，到換熱介質等卡脖子問題的解決(jue) ，每一步都仍覺不可思議。

　　在電站廠房內(nei) ，有一個(ge) 通體(ti) 白色的“大家夥(huo) ”，叫做空氣透平膨脹機。“長9米、高4米、重超160噸，是目前世界上最大的‘非補燃’式空氣透平設備。”提及此，藺通十分自豪。這一裝置就相當於(yu) 發動機，是發電的“動力源”，“發電前，空氣透平膨脹機開始暖機升速，隨後存儲(chu) 在鹽穴中的高壓低溫空氣和儲(chu) 存在導熱油罐中的熱能被同時釋放，電站便開始發電了。

　　從(cong) 項目萌芽、落地規劃到初具雛形、正式投產(chan) ，金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能電站項目團隊嚐盡了酸甜苦辣：近十年的研發，曆時兩(liang) 年建設。

　　藺通至今仍記得2021年9月30日上午10點，電站發出第一度電的場景，“集控室內(nei) ，掌聲雷動，經久不息。”

　　如今，已形成具有完全自主知識產(chan) 權的“非補燃”壓縮空氣儲(chu) 能技術體(ti) 係，核心設備實現了100%國產(chan) 化，申請專(zhuan) 利百餘(yu) 項，發布了國內(nei) 首個(ge) 壓縮空氣儲(chu) 能電站KKS編碼類標準……可以說，項目為(wei) 新型電力係統構建提供了技術支撐和基礎裝備，助力“碳達峰、碳中和”目標的實現。記者了解到，目前，金壇鹽穴壓縮空氣儲(chu) 能二期項目建設工作正在加緊推進。