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)首個(gè)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(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。”金壇鹽穴項(xiàng)目攻克了世界上參數(shù)最高的離心式壓縮機(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)首創(chuàng)。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。“金壇電站的電能轉(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’。”梅生偉給記者舉例子,現(xiàn)在電站一般是23時(shí)左右開(kāi)始儲(chǔ)能,到第二天早上儲(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)。“也就是相當(dāng)于6萬(wàn)居民一天的用電量。”梅生偉說(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)之首。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)目的首選。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)際上容量最大的壓縮空氣儲(chǔ)能電站,年發(fā)電量可達(dá)8.5億千瓦時(shí)。
原標(biāo)題:廢棄鹽礦成了“充電寶”:金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站投產(chǎn)發(fā)電