近年來，隨著我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，可再生能源在能源體系中的占比逐漸增加。不過，可再生能源如太陽能和風(fēng)能具有間歇性和不確定性，對(duì)加快儲(chǔ)能建設(shè)提出了更高要求。
今年的政府工作報(bào)告提出要發(fā)展新型儲(chǔ)能，而壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)正是當(dāng)前新型儲(chǔ)能技術(shù)的代表之一，并且近期也取得顯著進(jìn)展。
《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者注意到，僅4月這一個(gè)月內(nèi)，我國前后有兩個(gè)300兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站成功并網(wǎng)發(fā)電——4月30日，山東泰安，肥城300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站首次并網(wǎng)發(fā)電一次成功;4月9日，湖北孝感，應(yīng)城300兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能電站示范工程成功并網(wǎng)發(fā)電。據(jù)了解，以上項(xiàng)目均是利用鹽穴作為儲(chǔ)氣庫進(jìn)行空氣壓縮儲(chǔ)能。
為何選擇鹽穴?壓縮空氣儲(chǔ)能有何優(yōu)勢(shì)?未來發(fā)展前景如何?《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者日前跟隨“走進(jìn)新國企——向新而行 智造未來”融媒體采訪團(tuán)，深入世界首座非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站——金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國家試驗(yàn)示范項(xiàng)目，試圖揭開鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能的神秘面紗。
開發(fā)利用鹽穴可收“避隱患+儲(chǔ)能”雙重功效
新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能以外的儲(chǔ)能形式，包括電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等。與傳統(tǒng)儲(chǔ)能相比，新型儲(chǔ)能以其建設(shè)周期短、選址靈活、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、響應(yīng)快速等特點(diǎn)，在能源電力領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力和優(yōu)勢(shì)。
近年來，隨著我國新能源發(fā)電規(guī)模持續(xù)快速增長，新型儲(chǔ)能進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展期。“十四五”以來，我國新增新型儲(chǔ)能裝機(jī)直接推動(dòng)固定資產(chǎn)投資超過1000億元，有力支撐了能源電力發(fā)展，成為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能。
國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2023年底，全國已經(jīng)建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)3139萬千瓦/6687萬千瓦時(shí)，平均儲(chǔ)能時(shí)長2.1小時(shí)。2023年新增裝機(jī)規(guī)模約2260萬千瓦/4870萬千瓦時(shí)，較2022年底增長超過260%。
在采訪過程中，中鹽鹽穴綜合利用股份有限公司(以下簡稱中鹽鹽穴公司)相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能是一種利用鹽穴儲(chǔ)氣的大容量物理儲(chǔ)能技術(shù)。在用電低谷時(shí)，利用冷態(tài)導(dǎo)熱油和壓縮空氣進(jìn)行熱交換，將高溫傳遞給導(dǎo)熱油形成高溫油罐，把空氣壓縮存儲(chǔ)進(jìn)地下鹽穴;用電高峰時(shí)再釋放壓縮空氣發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷，提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和新能源消納能力。
為何要選擇利用鹽穴作為儲(chǔ)氣庫進(jìn)行空氣壓縮儲(chǔ)能呢?鹽穴是利用水溶開采方式在地下較厚的鹽層采礦后形成的地下洞穴，通過專業(yè)技術(shù)造腔、巖鹽蠕變的特性使得它能夠在一定的條件下將裂隙愈合，一段時(shí)間后地下鹽穴就能成為很好的密封儲(chǔ)存庫。
中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司(以下簡稱中鹽金壇公司)公司技術(shù)中心學(xué)科組負(fù)責(zé)人表示，作為開采后形成的地下空腔，鹽穴是目前最合適的儲(chǔ)能形式之一。這些鹽穴儲(chǔ)存容量大，單腔可達(dá)數(shù)十萬立方米;腔體承壓高，可達(dá)十幾兆帕以上;安全可靠，密封性好，具有自修復(fù)功能。
中鹽鹽穴公司相關(guān)負(fù)責(zé)人向記者介紹，利用閑置的鹽礦儲(chǔ)藏天然氣，既節(jié)約了投資，又可以穩(wěn)定地質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也為油、氣、電等能源的儲(chǔ)備提供了成熟經(jīng)驗(yàn)。
“鹽礦開采后形成的溶腔，如果不采取有效措施進(jìn)行治理，溶腔頂板坍塌后可能造成安全隱患，而作為鹽穴儲(chǔ)氣庫進(jìn)行開發(fā)利用，就可以有效避免這些隱患。”該負(fù)責(zé)人表示。
兼具容量大、壽命長和建設(shè)周期短、維護(hù)成本低的優(yōu)勢(shì)
據(jù)了解，儲(chǔ)能分為傳統(tǒng)儲(chǔ)能和新型儲(chǔ)能。傳統(tǒng)儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能，新型儲(chǔ)能包括鋰離子電池、液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等。
中鹽鹽穴公司相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示，與電化學(xué)儲(chǔ)能相比，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在長時(shí)間、大規(guī)模儲(chǔ)能方面有顯著優(yōu)勢(shì)。“常規(guī)電池儲(chǔ)能通常不超過4小時(shí)，而鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能可擴(kuò)展至6~8小時(shí)乃至更久，其核心在于鹽穴有足夠大的腔體體積以此實(shí)現(xiàn)長時(shí)間、大規(guī)模儲(chǔ)能。”
據(jù)介紹，目前公司的一期工程儲(chǔ)能容量300兆瓦時(shí)，一個(gè)儲(chǔ)能周期(8個(gè)小時(shí))可存儲(chǔ)電量30萬千瓦時(shí)，可供6萬居民一天的用電，年發(fā)電量約1億千瓦時(shí)。
中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長陳海生表示，隨著可再生能源在整個(gè)能源體系當(dāng)中的比例逐步增加，對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能這種超過4小時(shí)甚至達(dá)到10小時(shí)規(guī)模級(jí)別的長時(shí)儲(chǔ)能需求將大幅增加。
作為新型儲(chǔ)能的代表，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能不僅在容量、壽命、安全環(huán)保、度電成本等方面可媲美抽水蓄能，而且選址比抽水蓄能更為靈活，建設(shè)周期也遠(yuǎn)低于抽水蓄能。
中鹽鹽穴公司相關(guān)負(fù)責(zé)人接受《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者采訪時(shí)表示，總體而言我國鹽穴資源非常豐富，江蘇、湖北、陜西、四川、重慶、云南、河南、山東等地都有井礦鹽資源。根據(jù)井礦鹽的開采量，預(yù)計(jì)每年形成的地下空間有1000萬立方米。
“理論上，只要有地下鹽穴都可以，實(shí)際要根據(jù)不同地質(zhì)條件來研判。即便如此，相比于水電站建設(shè)選址要求而言，利用鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能選址更加靈活，地理限制更小。”中鹽鹽穴公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國符合使用條件的鹽穴資源約有2000多個(gè)，目前大部分處于閑置狀態(tài)，只有少量用于儲(chǔ)存天然氣和壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電，開發(fā)潛力巨大，如果規(guī)?；瘧?yīng)用將有力促進(jìn)我國新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建。
中鹽鹽穴公司相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示，與抽水蓄能電站建設(shè)周期通常為6至8年相比，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)周期一般為1.5至2年，同時(shí)建設(shè)和維護(hù)成本相對(duì)也更低，可節(jié)省大量土地資源和資金投入，降低能源使用成本。
據(jù)了解，建造地下鹽穴儲(chǔ)庫的單位投資僅為建造相同容積地面儲(chǔ)氣罐投資的30%左右。地下鹽穴儲(chǔ)庫在運(yùn)行過程中的維護(hù)成本也比地面儲(chǔ)罐維護(hù)成本低很多。1000萬立方米的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫相當(dāng)于100個(gè)10萬立方米的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)罐，相應(yīng)庫容的地面儲(chǔ)罐占地面積3300畝左右，而鹽穴庫占地僅400畝左右，可節(jié)省大量土地資源。
“全壽命周期計(jì)算下，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能度電成本可達(dá)到幾毛錢，甚至低于電池儲(chǔ)能成本。”中鹽鹽穴公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
“現(xiàn)在鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能每千瓦的造價(jià)跟抽水蓄能差別不大，但考慮到時(shí)間尺度和規(guī)模效應(yīng)，時(shí)間越長，規(guī)模越大，單位成本越低。此外，隨著技術(shù)成熟和規(guī)模化應(yīng)用，單位成本可降至更低水平，成本優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步凸顯。”
探索新型儲(chǔ)能價(jià)格形成機(jī)制將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展
“目前真正實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)不多，大部分還是聚焦于儲(chǔ)氣庫和壓縮空氣儲(chǔ)能，還處于建設(shè)期或籌備期。”中鹽鹽穴公司相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示，難題主要集中在電-電轉(zhuǎn)換效率和商業(yè)經(jīng)濟(jì)性比如投資成本、收益模式等問題上。
據(jù)了解，能源轉(zhuǎn)化過程中會(huì)有一定的損耗，目前金壇鹽穴壓縮空氣項(xiàng)目供電達(dá)到了62.38%的實(shí)際轉(zhuǎn)換效率，高于60%的設(shè)計(jì)預(yù)期。
為推動(dòng)壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展，2022年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，將百兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)列入“十四五”時(shí)期新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向之一。
“過去三年新立項(xiàng)了很多壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目。”記者了解到，隨著裝機(jī)規(guī)模和首臺(tái)套裝備技術(shù)的突破，除了成本會(huì)降低以外，效率也會(huì)進(jìn)一步提升。
除了技術(shù)，在業(yè)界看來，制約壓縮空氣儲(chǔ)能大規(guī)模應(yīng)用的因素之一還是項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。記者注意到，目前我國新型儲(chǔ)能市場尚未形成穩(wěn)定的收益模式，盈利水平低、難以形成合理的成本疏導(dǎo)機(jī)制是困擾新型儲(chǔ)能發(fā)展的難題。
記者了解到，作為國內(nèi)首個(gè)大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站，2018年項(xiàng)目開始建設(shè)的時(shí)候，除了技術(shù)難題，更面臨電站建設(shè)和運(yùn)維沒有標(biāo)準(zhǔn)可依、調(diào)試無經(jīng)驗(yàn)可循、運(yùn)營機(jī)制和價(jià)格政策缺乏等一系列巨大挑戰(zhàn)。
中鹽鹽穴公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，一方面希望通過中鹽金壇項(xiàng)目促成壓縮空氣儲(chǔ)能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立;另一方面，在探索壓縮空氣儲(chǔ)能價(jià)格運(yùn)行機(jī)制和商業(yè)運(yùn)行模式的同時(shí)，也希望通過項(xiàng)目實(shí)施帶動(dòng)相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展。
據(jù)了解，抽水蓄能電站電價(jià)機(jī)制為兩部制電價(jià)機(jī)制，可以分為電量電價(jià)和容量電價(jià)。“目前金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站定價(jià)機(jī)制就是參照了抽水蓄能的兩部制電價(jià)機(jī)制。”上述負(fù)責(zé)人說。
記者注意到，2023年，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于抽水蓄能電站容量電價(jià)及有關(guān)事項(xiàng)的通知》，公布了核定在運(yùn)及2025年底前擬投運(yùn)的48座抽水蓄能電站容量電價(jià)。
上述負(fù)責(zé)人表示，抽水蓄能定價(jià)策略采用的是靈活且精準(zhǔn)的“一廠一策”策略。由于每個(gè)電站項(xiàng)目有區(qū)域位置、地質(zhì)條件及投資規(guī)模等多方面不同，各電站的投資成本、預(yù)期回報(bào)周期及盈利能力存在顯著差異，因此定制個(gè)性化的電價(jià)計(jì)算方式有助于確保電價(jià)既能反映項(xiàng)目的真實(shí)成本，又能兼顧投資者的合理收益預(yù)期。“鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目也是如此，不同電站投資成本、盈利能力等具有較大差異，因此對(duì)電站而言，兩部制電價(jià)是比較友好的。”
盡管壓縮空氣儲(chǔ)能目前還處于產(chǎn)業(yè)化初期，但由于其產(chǎn)業(yè)鏈長、覆蓋廣，根據(jù)行業(yè)內(nèi)的估算，未來有望帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到千億級(jí)。
中鹽鹽穴公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，目前中鹽金壇項(xiàng)目核心設(shè)備實(shí)現(xiàn)了100%國產(chǎn)化，不僅解決了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題，搭建好了設(shè)備研發(fā)平臺(tái)，還帶動(dòng)相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，比如項(xiàng)目采用的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和大型離心壓縮機(jī)均為國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)生產(chǎn)。
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